Методики аналитического и численного расчета гидравлических характеристик и конструктивных параметров струйно-кавитационного стабилизатора расхода

• Автор: Константинов, Сергей Юрьевич
• Шифр специальности: 05.04.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Уфа
• Количество страниц: 131 с. : ил.

Оглавление
Введение

ГЛАВА 1. Современное состояние исследований эффекта кавитационной

стабилизации расхода жидкости

1.1 Кавитация: причины, виды, эффекты

1.2 Экспериментальные исследования

1.3 Теоретические исследования

1.4 Численные методы расчёта

1.5 Использование эффекта в гидроприводах

ГЛАВА 2. Рабочий процесс струйно-кавитационного стабилизатора расхода..

2.1 Структура течения в СКСР

2.2 Методика расчёта гидравлических характеристик СКСР
2.3 Расчёт расходно-перепадных характеристик СКСР
ГЛАВА 3. Численная модель кавитационного массопереноса для расчёта
струйно-кавитационного стабилизатора расхода
3.1 Анализ структуры моделей кавитационного массопереноса
3.2 Оценка эффективности динамического компонента
3.3 Методика создания динамического компонента ЧМКМ
3.4 Новая ЧМКМ
3.5 Численное моделирования течения в СКСР
3.5.1 Методика моделирования
3.5.2 Расчётная сетка
3.5.3 Условия на границах сетки
3.5.4 Настройки параметров решателя
3.6 Результаты моделирования течения в СКСР
3.6.1 Моделирование без учёта кавитации
3.6.2 Моделирование моделью кавитации Zwart-Gerber-Belamri
3.6.3 Моделирование новой моделью кавитации
ГЛАВА 4. Экспериментальные исследования кавитации в струйнокавитационном стабилизатора расхода

4.1 Программа экспериментальных исследований
4.1.1 Объект и стенд для испытаний
4.1.2 Цель испытаний
4.1.3 Ход эксперимента
4.2 Обработка экспериментов в пакете Б1Ас1ет
4.2.1 Импорт данных в 01Абеш
4.2.2 Фильтрование и аппроксимация данных
4.2.3 Визуализация результатов эксперимента в 01Абет
4.3 Результаты экспериментальных исследований
4.3.1 При постоянном давлении на входе
4.3.2 При постоянном давлении на выходе
4.3.3 Динамические характеристики СКСР
4.4 Верификация результатов численного моделирования с экспериментом
4.5 Верификация результатов аналитического расчёта с экспериментом
ГЛАВА 5. Исследование характера гидродинамических параметров струйнокавитационного стабилизатора расхода
5.1 Влияние геометрических и гидродинамические параметров СКСР на расход стабилизации и ширину зоны стабилизации
5.2 Методика расчёта конструктивных параметров СКСР
5.3 Пример расчёта конструктивных параметров струйно-кавитационного стабилизатора расхода
Заключение
Список литературы
Приложение 1. Код методики аналитического расчёта гидравлических
характеристик струйно-кавитационного стабилизатора расхода
Приложение 2 Методика создания динамического компонента ЧМКМ
Приложение 3 Методика расчёта конструкционных параметров струйнокавитационного стабилизатора расхода

Введение
'ЛК'тъ
Актуальность работы. Развитие гидравлических систем, связанное с повышением рабочих давлений, уменьшением массогабаритных характеристик, отказом от золотниковых управляющих элементов требует создания принципиально новых устройств гидроавтоматики, использующих в рабочем процессе эффекты механики многофазных сред. Одним из таких эффектов является газодинамический кризис истечения парожидкостного потока, иначе называемый - кавитационной стабилизацией расхода жидкости.
Кавитационная стабилизация расхода жидкости — положительный эффект гидродинамической кавитации, освещенный в трудах таких авторов, как Acekeret I., Кирсанов В. И., Уоллис Грэхем Б., Назаров Г. С., Лысенко В. Ф., Еремеев П. М., Мансуров В. И., Арзуманов Э. С., Нигматулин Р. И., Целищев В. А., заключающийся в «запирании расхода» при постоянном давлении на входе в кавитатор и переменном на выходе из кавитатора. Эффект кавитационной стабилизации расхода может широко применятся в гидроприводах для получения постоянной скорости гидродвигателя при различных нагрузках, разделения потока на две и более частей в различных пропорциях. Наиболее перспективным устройством, использующим эффект кавитационной стабилизации расхода жидкости и являющимся аналогом клапана расхода (регулятора расхода), является струйно-кавитационный стабилизатор расхода жидкости. Однако использование струйнокавитационного стабилизатора расхода в гидроприводах ограничено несовершенством аналитических методик расчёта, которые не позволяют выполнить расчёт гидравлических характеристик (расхода стабилизации и ширины зоны стабилизации) на давлениях свыше 0,1 МПа, и численных моделей кавитационного массопереноса, которые не учитывают вязкость жидкости и, тем самым, не позволяют моделировать стабилизацию расхода для рабочих жидкостей с вязкостью свыше 10-15 сСт.

ГЛАВА 2. Рабочий процесс струнно-кавитационного стабилизатора
расхода
Несмотря на конструктивную простоту, характер протекающих в струйно-кавитационном стабилизаторе расхода (далее - СКСР) физических явлений сложен и требует детального теоретического описания. Современные принципы работы СКСР основаны на двух различных гипотезах: «кризиса» двухфазного парожидкостного потока и обратных струй. Гипотеза кризиса двухфазного потока, созданная на аналогии с газодинамическим кризисом истечения, предполагает наличие многофазной дисперсной критической смеси, которая определяет гидравлические характеристики потока, учитывая только скорости, плотности и концентрации фаз, но, не принимая во внимание, структуру течения. Гипотеза обратных струй предполагает струйный характер течения жидкости при стабилизации расхода, причём решающим фактором, определяющим стабилизацию, является изменение гидравлического
сопротивления потоку вследствие возникновения кольцеобразной
пристеночной кавитационной каверны. Однако обе гипотезы не в состоянии объяснить ряд экспериментальных фактов: 1) возникновение эффекта
кавитационной стабилизации расхода только при постоянном давлении на входе в СКСР; 2) отсутствие эффекта в конфузорах даже при явно наблюдаемой кавитации; 3) постоянство расхода стабилизации при углах раскрытия диффузора до 12°; 4) исчезновение эффекта в СКСР для 3. > 1,8 при постоянном давлении питания; 5) изменение при уменьшении угла раскрытия и постоянство ширины зоны стабилизации для подобных диффузоров с разным
гидравлическим диаметром. Таким образом, становится необходимым
рассмотрение структуры течения в СКСР для создания методики аналитического расчёта эффекта с определением расхода стабилизации и ширины зоны стабилизации.