Исследование течения и теплообмена в диаметральных дисковых вентиляторах при низких числах Рейнольдса

• Автор: Приходько, Юрий Михайлович
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 129 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ
Глава первая. ПРИНЦИ! I ДЕЙСТВИЯ И ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ДИСКОВЫХ ВЕНТИЛЯТОРОВ
введение
1.1. Насосы трения
1.2. Центробежные дисковые вентиляторы
1.3. Диаметральные дисковые вентиляторы
1.4. Постановка задачи. Цель работы
Глава вторая. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ РАСХОДНЫХ
ХАРАКТЕРИСТИК ДИСКОВЫХ ВЕНТИЛЯТОРОВ ПРИ НИЗКИХ ЧИСЛАХ РЕЙНОЛЬДСА.
ВВЕДЕНИЕ
2.1. Предварительные расчеты
2.2. Экспериментальная установка, постановка эксперимента, методики исследования
2.3. Результаты экспериментов
2.4. Обобщение экспериментальных данных
2.4.1. Параметры обобщения
2.4.2. Сравнение характеристик диаметрального и центробежного дисковых вентиляторов
2.4.3. Влияние основных параметров на характеристики ДДВ
2.4.3.1. Влияние высоты выходного канала
2.4.3.2. Влияние безразмерного радиуса диска Я//?2
2.4.3.3. Влияние величины междпекового зазора Ь и зазора до обечайки с
2.4.3.4. Влияние низкого давления на распределение скорости потока по длине
разрядной камеры
2.4.3.5. Влияние величины числа Ясь
2.5. Возможные пути преодоления кризиса расхода
2.5.1. Гребенка между дисками
2.5.2. Лопатки на дисках
2.5.3. Сравнение расходных характеристик лопаточных и безлоиаточных роторов
2.5.4. Влияние угла наклона лопаток на расходные характеристики
2.5.5. Сравнение гладких дисков, гребенки и лопаток
2.6. Получение эмпирических формул расхода
2.7. Исследование поля скоростей газового потока в области разрядной камеры ССЬ-лазера
2.7.1. Течение газа в газодинамическом контуре лазера при атмосферном давлении
2.7.1.1. Профили скорости в разных сечениях при разных режимах работы
2.7.2. Течение газа в газодинамическом контуре лазера при низком давлении
2.7.3. Одновременная работа двух роторов в одном замкнутом контуре
ВЫВОДЫ
Глава третья. ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛООБМЕНА В ДДВ.
ВВЕДЕНИЕ :
3.1. Описание устройства газодинамического контура лазера
3.2. Предварительные расчеты теплообмена для дискового вентилятора
3.3. Результаты экспериментов по исследованию дискового вентилятора
3.4. Исследование тепловой однородности потока
3.5. Энергетические характеристики лазера
ВЫВОДЫ
Глава четвертая. ОПЫТНАЯ ПРОВЕРКА РЕЗУЛЬТАТОВ.
ВВЕДЕНИЕ
4.1. Расчет параметров опытной установки
4.2. Конструктивные особенности опытной установки
4.3. Лабораторные испытания установки. Сопоставление результатов с расчетом
ВЫВОДЫ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ОСНОВНОЙ ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
ВВЕДЕНИЕ
Дисковые вентиляторы для перекачивания газов, которые можно отнести к машинам трения, отличаются от традиционных центробежных и осевых вентиляторов, которые относятся к машинам динамического действия, тем, что в них газ или жидкость перекачивается благодаря силе вязкого трения. Если в традиционных вентиляторах проявление сил вязкого трения перекачиваемой среды о поверхности крыльчаток и лопастей является отрицательным фактором, то в дисковых вентиляторах, наоборот, среда захватывается дисками, фиксируется в междисковом пространстве, и вовлекается во вращательное движение благодаря вязкому трению. Возникающая при этом центробежная сила обеспечивает транспортировку газа или жидкости. Дисковые вентиляторы, отличаются от осевых и центробежных большой устойчивостью работы в сетях с нагрузкой, отсутствием кавитации и малошумностыо. Они имеют относительно большую поверхность рабочего элемента - ротора с дисками, что дает возможность совмещения в одном устройстве нескольких функций, используя процессы, протекающие па границе газа с поверхностью. Например, можно осуществлять одновременно транспортировку газа и теплообмен, транспортировку и конденсацию влаги из газа, транспортировку и химические реакции па поверхности дисков.
Зависимость рабочих характеристик диаметральных дисковых вентиляторов (ДДВ) от основных геометрических и кинематических параметров устройства при атмосферном давлении изучена в настоящее время достаточно хорошо. Настоящая работа посвящена исследованию рабочих характеристик ДДВ при низких числах Рейнольдса и больших температурных напорах с целью получения эмпирических методов расчета важнейших для проектирования характеристик тепло- и массообмена. Данные условия (низкое давление около 10 торр и температура порядка 300°С) характерны для элекгроразряд-ных проточных ССД-лазеров с конвективным охлаждением рабочей среды, в которых и предполагается использовать ДДВ.
В настоящей работе полученные интегральные аэродинамические и теплообменные характеристики диаметральных дисковых вентиляторов - теплообменников использованы при создании СС-лазера большой мощности.
Актуальность темы
В диссертации исследуется работа диаметрального дискового вентилятора как насоса и теплообменника. Результаты исследований нашли свое приложение при разработке газодинамического контура ССЬ-лазера большой мощности.
Физические процессы при взаимодействии тлеющего разряда с потоком газа определяют удельные энергетические характеристики, мощность излучения, устойчивость разряда и, как следствие, надежность и практическую значимость создаваемых электроразрядных проточных ССЬ-лазеров с конвективным охлаждением рабочей среды. Для лазеров замкнутого цикла, какими являются технологические ССЬ-лазеры, газодинамические и оптические характеристики определяются эффективностью используемых теплообменных и прокачных устройств. Именно они определяют установившееся распределение скорости потока и ее величину, температуры и избыточного давления, реализуемые в контуре лазера при выделении энергии в разрядной камере, особенно в случае работы при предельных энерговкладах. Поэтому исследования эффективности используемых теплообменпых и прокачных устройств являются актуальными при разработке и создании новых установок.
Использование дискового вентилятора-теплообменника в проточном ССЬ-лазере вместо традиционных центробежного вентилятора и пластинчатого теплообменника позволяет уменьшить массогабаритные характеристики конструкции и повысить скорость потока рабочей среды в разрядной камере лазера, что позволяет увеличить мощность излучения без увеличения размеров разрядной камеры и резонатора лазера.

зволяет получить зависимость расхода газа через дисковый вентилятор от его геометрических размеров и частоты вращения ротора.
1 ер, [ф

1 + л + ’ где (0
f+ 1+ф
L/, иЛ3’34д 1 * 4)10 i-Ÿ і і
р1 9'> X к3 1-6.75, V1 — h } і
,„2 11 2ф
, I21 / ч
уш Фі =Д/(Д + 8)

А=А/г0, Çc - коэффициент трения сети, G - отношение реального расхода к Go = рощ, ф - высота выходного канала, <5 - толщина диска, ô| - расстояние от кромки диска до обечайки, X- коэффициент трения на диске, - коэффициент трения на стенке, г0 - внешний радиус диска.
В работах С.В. Хайдарова использованы экспериментальные результаты исследований работы дискового вентилятора-теплообменника при нормальных условиях. Результаты были обобщены в виде критериальной зависимостей расхода и напора вентилятора от набора безразмерных параметров, характеризующих его работу.
Q = T~Ta> R?LQb- > (2)
b + А
где qb = 0.373Re"0'44Г‘0046 Ъ'°'255 Л0,293 Применение формулы (2) ограничено параметрами:
1.6 < 117 < З, 15 < Mb < 60, 1600 < Re < 27400, 0.5 < h < 0.8.
Следует отметить, что для формулы (2) характеристики проектируемой установки выходили за рамки диапазона применимости параметров (например, число Re ~ 280). Тем не менее, поскольку других доступных формул не было, предварительные расчеты были проведены, в том числе, и по этим формулам, экстраполированным для наших условий.
Еще одна расчетная формула [58] выведена с использованием уравнения энергии, соответствующего условию одномерного течения в трубке тока, предложенного JT.A. Вулисом [99]: