Разработка техники и технологии исследования кавитационных явлений в гидравлических системах

• Автор: Витер, Виктор Кириллович
• Шифр специальности: 05.02.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Красноярск
• Количество страниц: 191 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ПРОБЛЕМЫ
1Л. Диспергирование цемента и минералов
1Л Л. Влияние различных факторов на стойкость бетонов
1Л .2. Методы испытаний
1Л .3. Моделирование кавитационных течений
1.2. Машины и аппараты для кавитационной обработки
1.2.1. Понятие кавитационной технологии
1.2.2. Технические средства кавитационной обработки материалов
1.2.3. Области применения кавитационной технологии
1.3. Техника исследования кавитационных процессов с применением кавитационных труб
1.3.1. Классификация кавитационных труб
1.4. Исследования по обеспечению кавитационной стойкости бетонов при низких отрицательных температурах наружного воздуха
2. РАСЧЕТНО-ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ КАВИТАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ В ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ ТРУБАХ
2.1. Основные принципы моделирования в кавитационных трубах
2.2. Способы моделирования кавитации в трубах
2.3. Влияние границ рабочего участка на минимальные числа кавитации .
2.4. Кавитационные трубы разомкнутого типа
2.4.1. Особенности регулирования параметров потока
2.4.2. Теоретическая диаграмма рабочих режимов кавитационной трубы с выбросным диффузором постоянного расширения
2.4.3. Теоретическая диаграмма рабочих режимов кавитационной трубы с выбросным диффузором регулируемого расширения
2.4.4. Истечение из рабочего участка в регулируемый вакуум
2.4.5. Совершенствование кавитационных труб
2.4.6. Методика гидравлического расчета проточного тракта кавитационной трубы
2.4.7. Методика расчета теоретической диаграммы рабочих режимов гидродинамической трубы с выбросным диффузором регулируемого
расширения
2.5. Пузырьковые гидродинамические трубы
2.5.1. Особенности моделирования режимов течения в скоростных пузырьковых потоках
2.5.2. Способы получения скоростных пузырьковых потоков
2.5.3. Исследования пузырькового сверхзвукового потока в гидродинамической трубе
3. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ
3.1. Экспериментальная установка и методика проведения испытаний

3.2. Программное обеспечение
3.2.1. Комплекс программ для автоматической градуировки средств измерения
3.2.2. Комплекс программ для автоматического измерения и обработки информации о параметрах потока и модели
3.3. Методика проведения испытаний
3.3.1. Наладка и подготовка кавитационной трубы к испытаниям
3.3.2. Исследование границ области эксплуатационных режимов с моделью обтекаемого бычка в рабочем участке
3.3.3. Исследование эксплуатационных режимов кавитационной трубы без модели в рабочем участке
3.3.4. Определение эксплуатационных возможностей гидродинамической трубы с выбросным диффузором
3.3.5. Создание вакуума в вакуумном баке при выбросе незатопленной струи из рабочего участка
3.4. Методика проведения кавитационных испытаний образцов бетона
3.4.1. Материалы для раствора и бетона
3.4.2. Выбор комплексных добавок
3.4.3. Состав и свойства бетонных смесей
4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ
4.1 Кавитационные трубы
4.1.1. Согласование теоретической диаграммы рабочих режимов с эксплуатационной
4.1.2. Разработка и внедрение конструкции кавитационной трубы гравитационного типа с истечением в регулируемый вакуум
4.1.3. Влияние конструктивных элементов трубы на однородность поля скоростей
4.2. Разработка и создание кавитационной трубы с улучшенными характеристиками
4.3. Влияние степени турбулентности потока в рабочем участке на характеристики трубы
4.4. Рабочий проект кавитационной трубы в установке №4 ВГЛ
4.5. Создание гидродинамической трубы 2,5x2,5 м в лотке ВГЛ
4.6.. Результаты исследоваия кавитационной стойкости и
морозостойкости бетона
4.7. Влияние кавитационной обработки на прочность цементного камня
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЯ
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы исследований. Гидроабразивный и кавитационный износ ряда деталей машин, которые работают в потоке воды, наносит значительный материальный ущерб, исчисляемый миллионами долларов. Эрозии подвергаются детали гидротурбин, насосов, гребных винтов, опор скольжения, запорной и регулирующей арматуры систем гидроприводов, а также элементов гидросооружений.
Кавитация в гидравлических системах (машинах и аппаратах гидроприводов) сопровождается ухудшением энергетических и эксплуатационных характеристик оборудования, кавитационной эрозией поверхностей проточного тракта, шумом и вибрацией. Кавитационные явления, возникающие в системах гидроприводов, насосах, гидротурбинах, водоводах и на водосливах ГЭС и, в общем случае, при движении тел с большими скоростями в водной среде, зачастую приводят к аварийным ситуациям, последствия которых требуют больших капитальных затрат на ремонты и восстановления.
Вследствие практической важности эффектов, сопровождающих различные виды кавитации, наблюдается повышенный интерес к исследованию кавитационных режимов движения жидкостей, процессов эрозии различного оборудования и материалов. Большой вклад в раскрытие важнейших закономерностей кавитации и кавитационной эрозии внесли И. Г. Гинзбург, Э. Г. Донченко,
В. М. Ивченко, В. А. Кулагин, А. Ф. Немчин, А Тирувенгадам, М. П. Плессет, Ф. Хэммит, К. К. Шальнев и др.
Различные формы кавитации существенно отличаются друг от друга, поэтому, чтобы выявить общие закономерности кавитационной эрозии, необходимо детальное изучение каждой из них. Из-за сложности кавитационноэрозионных процессов теоретический анализ их интенсивности представляет собой большую проблему.
При моделировании кавитационных процессов, которым посвящены работы А. С. Горшкова, И. Г. Гинсбурга, А. А. Русецкого и др., также возникают большие трудности, связанные с обеспечением условий подобия и учетом масштабного эффекта.
Анализ литературных источников показывает, что сложные гидродинамические процессы, протекающие в жидкости при различных формах кавитации изучены недостаточно. Поэтому задача повышения долговечности машин и оборудования, выяснения причин, вызывающих износ ведущих деталей путем создания и исследования оборудования для изучения кавитационных эффектов является весьма актуальной.
В связи с этим возникает много важных и недостаточно выясненных вопросов, например, о масштабном эффекте при переносе лабораторных резуль-

Реактор с осесимметричными неподвижными кавитаторами
1 - конфузор, 2 - проточная камера,
3 - кавитаторы, 4 - решетки, 5 - диффузор
Рис. 1.
Недостаток этих устройств заключается в невозможности регулировать протяженность кавитационного поля. Пульсации давления и скорости в потоке, вызываемые работой насоса, а также изменения параметров самой жидкости (плотности, температуры и др.) существенно влияют на удлинение каверн в рабочей камере, вследствие чего технологические режимы обработки могут отклоняться от оптимальных. Конструктивный учет этих явлений представляет основное направление совершенствования таких реакторов.
Реактор со струйными кавитаторами. Следующим типом кавитационных аппаратов проточного типа являются аппараты, в которых кавернообразо-вание происходит за счет соударения встречных потоков жидкости [74]. С этой целью реактор оборудуется коллектором, расположенным на наружном контуре проточного участка, как показано на рис. 1.21. Коллектор соединяется с трубками-соплами, рядами расположенными на внутренней поверхности проточной камеры. Жидкость, подаваемая по коллектору, струями истекает из тру-
Реактор со стержневыми кавитаторами

1 - конфузор, 2 - проточная камера, 3 - кавитаторы, 4 - диффузор
Рис. 1.