Изучение гидродинамических параметров работы устройств, предназначенных для создания низкочастотного пульсирующего расхода газообразных сред

Проведены эксперименты на специально созданном лабораторном стенде и установлено значение коэффициента местного сопротивления нестандартной вращающейся заслонки, предназначенной для создания пульсирующего расхода газообразных сред. Также изучена зависимость коэффициента местного сопротивления данног...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2014
Автори:	Бирюков, А.Б., Гнитиев, П.А.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України 2014
Назва видання:	Металл и литье Украины
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/159650
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Изучение гидродинамических параметров работы устройств, предназначенных для создания низкочастотного пульсирующего расхода газообразных сред / А.Б. Бирюков, П.А. Гнитиев // Металл и литье Украины. — 2014. — № 2. — С. 32-35. — Бібліогр.: 5 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-159650
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1596502019-10-10T01:25:31Z Изучение гидродинамических параметров работы устройств, предназначенных для создания низкочастотного пульсирующего расхода газообразных сред Бирюков, А.Б. Гнитиев, П.А. Проведены эксперименты на специально созданном лабораторном стенде и установлено значение коэффициента местного сопротивления нестандартной вращающейся заслонки, предназначенной для создания пульсирующего расхода газообразных сред. Также изучена зависимость коэффициента местного сопротивления данного устройства от частоты вращения. Проведено на спеціально створеному лабораторному стенді експерименти та встановлено значення коефіцієнта місцевого супротиву нестандартної заслонки, що обертається для створення пульсуючої витрати газоподібного середовища. Вивчена залежність коефіцієнта місцевого супротиву даного пристрою від частоти обертання. It was carried out an experiment on the laboratory bench that was specially made, and defined local resistance coefficient of nonstandard rotary damper that using to create pulsating flow of gaseous medium. It was explored too that local resistance coefficient of this device depends on rotation frequency. 2014 Article Изучение гидродинамических параметров работы устройств, предназначенных для создания низкочастотного пульсирующего расхода газообразных сред / А.Б. Бирюков, П.А. Гнитиев // Металл и литье Украины. — 2014. — № 2. — С. 32-35. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. 2077-1304 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/159650 531.8 ru Металл и литье Украины Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
description	Проведены эксперименты на специально созданном лабораторном стенде и установлено значение коэффициента местного сопротивления нестандартной вращающейся заслонки, предназначенной для создания пульсирующего расхода газообразных сред. Также изучена зависимость коэффициента местного сопротивления данного устройства от частоты вращения.
format	Article
author	Бирюков, А.Б. Гнитиев, П.А.
spellingShingle	Бирюков, А.Б. Гнитиев, П.А. Изучение гидродинамических параметров работы устройств, предназначенных для создания низкочастотного пульсирующего расхода газообразных сред Металл и литье Украины
author_facet	Бирюков, А.Б. Гнитиев, П.А.
author_sort	Бирюков, А.Б.
title	Изучение гидродинамических параметров работы устройств, предназначенных для создания низкочастотного пульсирующего расхода газообразных сред
title_short	Изучение гидродинамических параметров работы устройств, предназначенных для создания низкочастотного пульсирующего расхода газообразных сред
title_full	Изучение гидродинамических параметров работы устройств, предназначенных для создания низкочастотного пульсирующего расхода газообразных сред
title_fullStr	Изучение гидродинамических параметров работы устройств, предназначенных для создания низкочастотного пульсирующего расхода газообразных сред
title_full_unstemmed	Изучение гидродинамических параметров работы устройств, предназначенных для создания низкочастотного пульсирующего расхода газообразных сред
title_sort	изучение гидродинамических параметров работы устройств, предназначенных для создания низкочастотного пульсирующего расхода газообразных сред
publisher	Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
publishDate	2014
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/159650
citation_txt	Изучение гидродинамических параметров работы устройств, предназначенных для создания низкочастотного пульсирующего расхода газообразных сред / А.Б. Бирюков, П.А. Гнитиев // Металл и литье Украины. — 2014. — № 2. — С. 32-35. — Бібліогр.: 5 назв. — рос.
series	Металл и литье Украины
work_keys_str_mv	AT birûkovab izučeniegidrodinamičeskihparametrovrabotyustrojstvprednaznačennyhdlâsozdaniânizkočastotnogopulʹsiruûŝegorashodagazoobraznyhsred AT gnitievpa izučeniegidrodinamičeskihparametrovrabotyustrojstvprednaznačennyhdlâsozdaniânizkočastotnogopulʹsiruûŝegorashodagazoobraznyhsred
first_indexed	2025-07-14T12:15:04Z
last_indexed	2025-07-14T12:15:04Z
_version_	1837624517263884288
fulltext	32 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 2 (249) ’2014 устройство привода и схема управления, а также исключается возможность заклинивания заслонки. Один из таких пульсаторов использовался для опре- деления коэффициента теплоотдачи от заготовки к охлаждающему воздуху при пульсирующем расходе воздуха с частотой 0,5-2,0 Гц, при этом эксперимен- тально было установлено усиление коэффициента теплоотдачи на величину до 30 % [4]. Также известны импульсные горелки, в которых тепловая нагрузка, а значит, расходы топлива и воз- духа меняются по команде процессорного контрол- лера. Существенными преимуществами таких го- релок являются: более высокое качество тепловой обработки изделий, более низкие потери, большая гибкость управления технологическим процессом по сравнению с традиционными способами сжигания топлива. Этот эффект является результатом лучшей температурной однородности и более плотного регу- лирования параметра температура-время. [5] Таким образом, в настоящее время вопросы им- пульсного ведения процессов нагрева и охлаждения изделий достаточно актуальны. Эти процессы все еще активно развиваются, но для того, чтобы оце- нить эффективность их применения, необходимо знать гидравлические характеристики устройств, ис- следуемых для создания пульсирующего расхода га- зообразных сред. Целью данной работы является эксперименталь- ное изучение гидродинамических параметров рабо- ты устройств, предназначенных для создания низ- кочастотного пульсирующего расхода газообразных сред, и определение коэффициента местного сопро- тивления нестандартной вращающейся заслонки. Изложение основного материала. Для исследо- вания процесса импульсного теплообмена и опре- деления коэффициента местного сопротивления заслонки была использована лабораторная модель камерной печи с двадцатью соплами для истечения воздуха. Модель геометрически подобна камерной печи с выкатным подом, в которой могут реализовы- ваться операции нагрева, выдержки и воздушного охлаждения заготовок. В подводящем трубопроводе О бзор существующих публикаций. В настоящее время в Украине возрастает интерес к техноло- гиям импульсного отопления теплотехнологи- ческих агрегатов. В сравнении с традиционным способом ведения процессов нагрева и охлаждения, появляется возможность усилить коэффициент кон- вективной теплоотдачи на 20-30 %. В связи с этим достигается интенсификация теплообмена, вырав- нивание температуры газообразной среды в объеме камерных агрегатов, а также экономия топлива. В работе [1] приведены преимущества реализа- ции импульсного отопления, которые состоят в сле- дующем: высокая скорость истечения горящих газов в рабочее пространство печи, а также интенсифика- ция тепло- и массообмена, что позволяет повысить скорость нагрева заготовки за счет увеличения кон- вективной составляющей теплообмена и равномер- ность температуры в рабочем пространстве печи за счет интенсивного перемешивания греющей среды. Авторами также сделано важное уточнение – при- менение импульсного нагрева в разрабатываемых и модернизируемых на данный час печах требует обя- зательного нового теплового перерасчета. Просто за- мена обычных горелок на высокоскоростные, поддер- живающие импульсную подачу топлива и обустрой- ство импульсной подачи (автоматизация процесса), не принесет ожидаемых высоких результатов. Несо- мненно, результат при импульсной подаче топлива будет выше, чем при обычной системе, но отсутствие теплотехнических перерасчетов приведет к нерацио- нальной работе горелочных устройств и, разумеется, к недостижению ожидаемых результатов. Одним из способов импульсного отопления яв- ляется создание пульсирующего расхода топлива и воздуха при помощи специальных устройств, про- стейшим из которых является дроссельный клапан с полным перекрытием канала [3]. Согласно данным работы [4] более простые тех- нические решения по созданию пульсаций могут быть получены при использовании вращающих- ся заслонок, которые при повороте на 90° создают 70-90 % перекрытия канала. При этом упрощается УДК 531.8 А. Б. Бирюков, П. А. Гнитиев Донецкий национальный технический университет, Донецк Изучение гидродинамических параметров работы устройств, предназначенных для создания низкочастотного пульсирующего расхода газообразных сред Проведены эксперименты на специально созданном лабораторном стенде и установлено значение коэффициента местного сопротивления нестандартной вращающейся заслонки, предназначенной для создания пульсирующего расхода газообразных сред. Также изучена зависимость коэффициента местного сопротивления данного устройства от частоты вращения. Ключевые слова: вращающаяся заслонка, пульсирующий расход газообразных сред, коэффициент местного сопротивления, импульсное отопление 33МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 2 (249) ’2014 да первого участка принят равным 0,05. С учетом [3] при ψ = 0,85 для истечения из форсунок kм.с. = 0,384. В каждом моментальном положении заслонки ее kм.с. имеет различные значения, поэтому в данной работе рассматривается усредненное значение kм.с. за про- межуток времени, минимальное значение которого равно периоду вращения заслонки. В основу методики определения искомого коэф- фициента местного сопротивления вращающейся заслонки положено сопоставление гидродинамиче- ских параметров работы установки в импульсном и безымпульсном режимах. Для определения kм.с. заслонки на данной уста- новке проведен ряд экспериментов при разных ча- стотах вращения заслонки. Эксперименты в им- пульсном и безымпульсном режимах проводились при использовании одной и той же гидравлической сети. Единственным отличием является то, что при безымпульсном режиме угол поворота исследуемой заслонки фиксировался на уровне 0°, и в процессе эксперимента она оставалась неподвижной. Все- го было проведено четыре эксперимента: один – в безымпульсном режиме и три – в импульсном, при частотах вращения заслонки 0,83, 1,13 и 1,6 Гц. В течение проведения каждого эксперимента фикси- ровались значения расходов воздуха при помощи расходомера и статических напоров нагнетателя при помощи U-образного манометра (таблица). В качестве устройства для измерения расхода газообразной среды использовался расходомер ти- па РГ-40. Измерение прокачиваемого количества воздуха производились в течение 5 мин для каждой частоты, чтобы уменьшить ошибки определения се- кундного расхода среды. В результате проведения экспериментов были получены следующие данные для импульсного и безымпульсного режимов: Р – напор, создаваемый дутьевым устройством; ∆Р – разность давления, установлен пульсатор, представляющий собой за- слонку, создающую 87 % перекрытия сечения кана- ла при повороте на 90°. Заслонка, в свою очередь, размещена на валу, вращаемом электродвигателем с помощью ременной передачи, при этом имеется возможность изменения частоты вращения. Движе- ние заслонки происходит по гармоническому синусо- идальному закону. Заявленный процент перекрытия сечения канала получен, исходя из практических со- ображений – при внутреннем ∅ 45 мм разводящего трубопровода отступ заслонки по периметру канала выбран на уровне 1,5 мм для исключения заклинива- ния заслонки и снижения уровня перегрузки нагнета- теля за счет отсутствия полного перекрытия канала. Схематичное изображение пульсатора представле- но на рис. 1. Данная модель печи была подключена к сети с нагнетателем типа ПН-125-65. Трубопровод сети вы- полнен из гофрированной трубы ∅ 35 мм и длиной 5 м, на которой присутствуют повороты: пять – на 90° и четыре – на 45. По ходу канала расположено устройство для измерения расхода типа РГ-40. К каналу присоединена лаборатор- ная модель печи, в которой диа- метр трубопроводов равен 45 мм. Перед самой печью на ее трубо- проводе установлена заслонка для создания пульсаций, после кото- рой поток совершает поворот на 90° и, разделяясь на два направ- ления, направляется к соплам на истечение. После истечения воз- дух удаляется через отверстие в своде лабораторной установки. Графическое изображение сети и установки приведено на рис. 2. Канал, по которому двигается охлаждающая среда, является не прямым. Он имеет четыре поворо- та на 45° и пять – на 90. Коэффи- циенты местного сопротивления (kм.с.) для данных участков были определены по справочнику [3] и составляют = 0,6, = 1,0 соот- ветственно. Коэффициент трения для гофрированного трубопрово- Пульсатор в подводящем трубопроводе: 1 – подво- дящий трубопровод, 2 – вращающаяся заслонка, 3 – элек- тродвигатель, 4 – ременная передача Схематичное изображение сети: вид сверху на лабораторную установку (а); вид на сеть сбоку (б); 1 – пульсирующая заслонка; 2 – сопла; 3 – раздающий короб; 4 – отверстие выхлопа; 5 – нагнетатель; 6 – гофрированный трубопровод; 7 – расходомер; 8 – лабораторная модель Рис. 1. Рис. 2. 1 2 43 а 1 2 4 4 8 1 7 5 26 3 б 90 м.с.k 45. м.с.k 34 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 2 (249) ’2014 установившегося в камере и атмосферного воздуха; V – расход среды. Эти данные в количественном выражении для каждого из режимов составили: – для безымпульсного режима: Рб = 1930 Па; ΔРб = = 46 Па, Vб = 0,015 м3/с; – для импульсного режима: Рп = 2230 Па, ΔРп = = 34,5 Па, Vп = 0,013 м3/с. Эксперимент показал, что для импульсных режи- мов количество воздуха, прокачиваемого дутьевым устройством, не изменяется при разных частотах пульсаций, но в то же время оно ниже, чем при бе- зымпульсном режиме. Чтобы определить значение коэффициента мест- ного сопротивления вращающейся заслонки были рассмотрены выражения для определения суммарных потерь при безымпульсном и импульсном режимах: где – сумма коэффициентов местных сопро- тивлений всех поворотов в канале от вентилятора до истечения из форсунок, включая коэффициент местного сопротивления устройства для измерения расхода; – искомый коэффициент местного со- противления вращающейся заслонки; ρ – плотность воздуха при температуре окружающей среды, кг/м3; w – скорость движения воздуха в трубопроводе, м/с; l – коэффициент трения трубопровода; lкан – длина канала, м; dтр – диаметр трубопровода, м. Для определения искомого коэффициента мест- ного сопротивления вращающейся заслонки произведено вычитание выражения (2) из (1). При этом выполнена замена скорости среды на каждом участке соотношением V/Fтр. В результате мате- матических преобразований получено следующее выражение: Подставив полученные в результате эксперимента значения величин, входящих в выражение (3), полу- чим равное 20,95. Исходя из гармонического закона колебания вра- щающейся заслонки очевидно, что эквивалентный угол поворота неподвижной заслонки равен 45º. Из данных работы [3] известно, что заслонки с полным перекрытием канала имеют коэффициент местного сопротивления 21±7 % при угле поворота 45º (рис. 3). В данной работе для заслонок с 87 % перекрытием получен равный 20,95, который можно округлить до 21 для использования этого значения в прак- тических расчетах. Также важным результатом исследования явля- ется то, что рассматриваемый коэффициент мест- ного сопротивления исследованной вращающейся заслонки не зависит от частоты вращения. Выводы В диапазоне частот колебания расхода среды 0,5-2.0 Гц, создаваемых исследуемым пульсатором, количество прокачиваемой среды при прочих равных условиях не зависит от частоты пульсаций. Установлено, что коэффициент местного сопро- тивления исследованной вращающейся заслонки с 87 %-ым перекрытием канала составляет 21. Экспериментальные данные Номер эксперимента Частота пульсаций, Гц Время измерения, с Количество воздуха, м3 за время измерения Расход воздуха, м3/с Создаваемый напор, P, Па 1 0 300 4,58 0,015267 1930 2 0,833 300 3,95 0,013167 2230 3 1,133 300 3,95 0,013167 2230 4 1,6 300 3,95 0,013167 2230 (1),   2 засл. п м.с. м.с. 2 п путь 2кан тр ω 2 ρ ω 2 ρ ρω 2 P k k P I d λ                   , (2) путь м.с.k засл. м.с.k засл. м.с.k     / / 2 2 п п б б бзасл. м.с. 2 2 тр п п 2 P P P P V V k V Fρ      (3). засл. м.с.k засл. м.с.k засл. м.с.k Изменение коэффициента местного сопротивле- ния стандартной заслонки от угла поворота Рис. 3. 0 1 2 3 4 Участок А Участок А φ° 0 0 10 20 30 40 50 60 120 120 100 100 80 80 60 60 40 40 20 20 ξ51 ξ51 ξ51 φ° 302010   2 б м.с. б 2путь кан тр2 ρω 2P k P I d ρ ω λ              35МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 2 (249) ’2014 1. Центр реконструкции металлургических производств технологий и оборудования «Леон» / технология импульсного нагрева -– (http://www.proekt-met.spb.ru/impuls_nagrev.html) 2. О применении импульсного режима отопления в печах камерного типа / М. П. Ревун, Ю. Н. Каюков, В. И. Ива- нов, Ю. В. Мосейко / Запорожская государственная инженерная академия (http://www.rusnauka.com/18_DNI_2011/ Tecnic/5_89328.doc.htm) 3. Гідрогазодинаміка у теплотехніці: Навчальний посібник / Ю. Л. Курбатов, М. С. Масс, В. В. Кравцов та ін. – Донецьк: Норд-Прес, 2009. – 234 с. 4. Бирюков А. Б., Энергоэффективность и качество тепловой обработки материалов в печи. – Донецк: Ноулидж (донец- кое отделение), 2012. – 247 с. 5. Импульсное горение. / Джордж Дж. Паулонис, Брайен Холл, и Карл Е. Фраме. // УКРСПЕЦТЕХНИК, Импульсное управ- ление горелками. – (http://ustic.com.ua/impulsnoe-upravlenie-gorelkami.html). ЛИТЕРАТУРА Проведено на спеціально створеному лабораторному стенді експерименти та встановлено значення коефіцієнта місцевого супротиву нестандартної заслонки, що обертається для створення пульсуючої витрати газоподібного середовища. Вивчена залежність коефіцієнта місцевого супротиву даного пристрою від частоти обертання. Бірюков О. Б., Гнітійов П. О. Вивчення гідродинамічних параметрів роботи пристроїв, призначених для створення низькочастотної пульсуючої витрати газоподібних середовищ Анотація Ключові слова заслонка що обертається, пульсуюча витрата газоподібного середовища, коефіцієнт місцевого супротиву, імпульсне опалення Birukov A. B., Gnitiev P. A. Research of hydrodynamic parameters of devices designed to create a low- frequency pulsating flow of gaseous medium Summary It was carried out an experiment on the laboratory bench that was specially made, and defined local resistance coefficient of nonstandard rotary damper that using to create pulsating flow of gaseous medium. It was explored too that local resistance coefficient of this device depends on rotation frequency. rotary damper, pulsating flow of gaseous medium, local resistance coefficient, impulse heatingKeywords Поступила 29.01.14

Изучение гидродинамических параметров работы устройств, предназначенных для создания низкочастотного пульсирующего расхода газообразных сред

Репозитарії

Схожі ресурси