Содержание к диссертации
Введение
1 Математические модели контрвихревых течений 19
1.1 Гидродинамика циркуляционных течений 19
1.1.1 Особенности циркуляционного движения жидкости 20
1.1.2 Уравнения движения вязкой жидкости 26
1.1.3 Модели вязких циркуляционных течений
1.1.3.1 Винтовое течение. Поток Громеки-Бельтрами 32
1.1.3.2 Квазипотенциальное течение 35
1.1.3.3 Равномерное течение. Профиль Куэтта 43
1.1.3.4 Цилиндрическое течение 48
1.1.3.5 Вихрь Бюргерса-Бэтчелора 50
1.1.3.6 Вязкий вихрь по Фурье-Бесселю 56
1.2 Гидродинамика контрвихревых течений 68
1.2.1 Кинематическая структура течения в активной зоне 68
1.2.1.1 Распределение азимутальных скоростей 70
1.2.1.2 Распределение аксиальных скоростей 79
1.2.1.3 Распределение радиальных скоростей 108
1.2.1.4 Функция тока и области рециркуляции
1.2.2 Вихревая структура течения в активной зоне 115
1.2.3 Тензор вязких напряжений 121
1.2.4 Гидродинамическая устойчивость течения в активной зоне 127
Выводы по первой главе 141
2 Гидравлика контрвихревых течений, сооружений и технологического оборудования 146
2.1 Общая гидравлическая схема контрвихревого устройства 146
2.2 Гидравлика локальных завихрителей 153
2.2.1 Конструкции локальных завихрителей 153
2.2.2 Гидравлическое сопротивление локальных завихрителей 158
2.2.3 Пропускная способность локальных завихрителей 164
2.2.4 Характеристики потока на входе и выходе завихрителя 175
2.2.5 Плавно изменяющееся движение безнапорного кольцевого закру-ченного потока в цилиндрическом канале 178
2.2.6 Особенности расчета безнапорных локальных завихрителей 191
2.3 Гидравлика активной зоны 198
2.3.1 Расчет характеристик течения на выходе активной зоны 198
2.3.2 Расчет длины активной зоны 204
2.4 Обратная задача гидравлического расчета контрвихревых
сооружений и оборудования 209
2.4.1 Основы проектирования контрвихревых систем 209
2.4.2 Особенности расчета аэраторов и эжекторов 214
2.4.3 Особенности расчета смесителей и водосбросов 222
Выводы по второй главе 228
3 Физическое моделирование контрвихревых течений 231
3.1 Гидравлическое моделирование конрвихревых течений 231
3.1.1 Инспекционный анализ уравнений гидродинамики 233
3.1.2 Приближенное динамическое подобие контвихревых течений.
Автомодельность 240
3.1.3 Интегральные динамические критерии течения.Числа
Хигера-Бэра и Абрамовича 246
3.2 Экспериментальные исследования на лабораторных установках низкого напора 255
3.2.1 Гидравлические исследования контрвихревых систем с напор ными завихрителями 255
3.2.1.1 Описание экспериментальной установки 255
3.2.1.2 Условия моделирования 256
3.2.1.3 Методика и средства измерения 266
3.2.1.4 Результаты гидравлических исследований 275
3.2.2 Гидравлические исследования конрвихревой системы с безнапорными завихрителями 303
3.2.2.1 Описание экспериментальной установки и модели 303
3.2.2.2 Условия моделирования 306
3.2.2.3 Методика и средства измерения 313
3.2.2.4 Результаты гидравлических исследований 319
3.2.3 Гидро- и аэродинамические исследования контрвихревого течения в активной зоне 330
3.2.3.1 Описание модели 331
3.2.3.2 Исследования на гидравлическом стенде 337
3.2.3.3 Исследования на аэродинамическом стенде 345
3.2.3.4 Анализ результатов исследований 363
3.3 Масштабный эффект при моделировании контрвихревых систем 368
3.3.1 Практические особенности моделирования вихревых и контрвихревых водопропускных систем 368
3.3.2 Пропускная способность и эффективность гашения энергии 384
3.3.3 Кинематическая структура и энергообмен взаимодействующих закрученных потоков 402
3.3.4 Гидродинамические характеристики контрвихревых гасителей энергии потока 415
3.4 Эжектирующая способность и аэрация в контрвихревых системах 423
3.4.1 Устройство и рабочий процесс контрвихревых аэраторов 423
3.4.2 Инженерный метод определения основных размеров контрвихревых аэраторов 436
3.4.3 Исследованные модели и состав испытаний 442
3.4. 4 Пропускная способность контрвихревого аэратора по воде 450
3.4.5 Коэффициент эжекции воздуха 454
3.4.6 Течение в камере смешения 462
3.5 Кавитационные исследования контрвихревых устройств 471
3.5.1 Кавитационные исследования масштабного ряда моделей контрвихревых гасителей 471
3.5.2 Кавитационная эрозия при пропуске закрученных потоков
3.5.2.1 Общие положения 486
3.5.2.2 Постановка задачи исследований 488
3.5.2.3 Состав исследований 489
3.5.2.4 Экспериментальные установки 490
3.5.2.5 Исследования модели контрвихревого гасителя Рогунской ГЭС 492
3.5.2.6 Методика экспериментальных исследований модели контрвихревого гасителя масштаба М1:40 493
3.5.2.7 Экспериментальные исследования модели контрвихревого гасителя масштаба М1:12 496
3.5.3 Результаты экспериментальных исследований 499
3.5.4 Меры предотвращения разрушений контруктивных элементов контрвихревых гасителей
Выводы по третьей главе 513
Основные выводы и рекомендации 518
Список основных условных обозначений 529
список литературы
- Модели вязких циркуляционных течений
- Конструкции локальных завихрителей
- Инспекционный анализ уравнений гидродинамики
- Гидродинамические характеристики контрвихревых гасителей энергии потока
Модели вязких циркуляционных течений
Достоверность научных положений, выводов и практических рекомендаций, сформулированных в диссертации, обеспечивается их соответствием установленным теоретическим и экспериментальным фактам, использованием апробированных теоретических положений, классических уравнений гидромеханики, известных методов решения систем дифференциальных уравнений параболического и эллиптического типа и методов математического анализа, соблюдением законов гидравлического моделирования при проектировании и изготовлении гидроаэродинамических моделей и экспериментальных стендов, применением прецизионных средств измерений и обработки эмпирической информации, исключающих человеческий фактор, использованием современных методик проведения гидравлических исследований, соблюдением общепринятых методов оценки точности эксперимента, непротиворечивостью полученных результатов экспериментов и их близостью к результатам, полученным другими исследователями. Практическая ценность результатов исследований:
1. Предложен и защищён авторскими свидетельствами и патентами принципиально новый класс гидроаэродинамических устройств, обеспечивающих повышение эффективности процессов гашения энергии, перемешивания, энерго- и массообмена в различных отраслевых приложениях.
2. Разработаны научно обоснованные рекомендации по расчёту и проектированию контрвихревых сооружений и оборудования для практического использования в различных областях техники и отраслях производства.
3. Полученные в диссертации результаты являются основой для развития теории контрвихревых течений, что позволит расширить масштабы использования высокотехнологичных гидроаэродинамических устройств.
4. Полученные в диссертации результаты являются основой для развития и совершенствования преподаваемых в вузах дисциплин, таких как «Гидромеханика», «Гидравлика», «Гидротехнические сооружения», «Гидроэнергетические сооружения», «Эксплуатация водных объектов». На защиту выносятся: 1. Разработанная математическая модель вязкого взаимодействия спутных коаксиальных противоположно закрученных течений. 2. Результаты гидроаэродинамических и кавитационных исследований моделей, масштабных рядов моделей и образцов контрвихревых устройств. 3. Рекомендации по расчёту и проектированию контрвихревых сооружений и оборудования для различных отраслей техники. 4. Результаты разработки типовых конструкций и рядов нормализованных образцов контрвихревых устройств. Рабочая гипотеза. Формирование в прямой круглой трубе течения жидкости или газа, состоящего из взаимодействующих коаксиальных противоположно закрученных потоков, позволяет получить интегральное течение с очень высоким уровнем искусственной турбулентности, обладающее уникальными свойствами диссипации энергии, перемешивания, динамического воздействия и другими, обуславливающими эффективность их использования в различных областях техники.
Создание математической модели и научный анализ результатов экспериментальных исследований и натурных испытаний контрвихревых устройств является основой дальнейшего совершенствования конструкций и повышения эффективности нового современного высокотехнологичного оборудования, развития соответствующих разделов гидромеханики и улучшения подготовки высококвалифицированных специалистов–гидравликов для народного хозяйства страны.
Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались на 15-й научно-технической конференции по итогам НИР МИСИ 15-18 апреля 1986г., г. Москва; Всесоюзном научно-техническом совещании «Состояние и перспективы развития гидроэнергетики», 14-16 сентября 1988г., пос. Черёмушки; 17-й научно-технической конференции по итогам НИР МИСИ, посвящён-ной 70-летию института, апрель 1991г., г. Москва; Международной конференции «Передовые технологии на пороге XXI века.», 5–9 октября 1998г., Москва; Международной научно-практической конференции «Критические технологии в строительстве», 28–30 октября 1998г., г. Москва; Международной конференции «Инженерная защита окружающей среды», 27–29 января 1999г., Москва; Международной научно-практической конференции «Экология и жизнь», 25– 26 февраля 1999г., Пенза; Городской научно-практической конференции «Потенциал московских вузов и его использование в интересах города», 17–18 марта 1999г., Москва; Международной научно-практической конференции-выставке «Строительство в XXI веке. Проблемы и перспективы», 5–7 декабря 2001г., г. Москва; Городской научно-практической конференции «Московские вузы – строительному комплексу Москвы для обеспечения устойчивого развития города», 26–27 марта 2003г., Москва; Международной научно-технической конференции «Совершенствование турбоустановок методами математического и физического моделирования», 21–25 сентября 2009г., г.Харьков.
Конструкции локальных завихрителей
Далее можно видеть, что в контрвихревых течениях в указанных на рисунке 1.15 створах мы имеем радиальные перетоки, направленные исключительно в сторону оси трубы (радиальные скорости на всех профилях – отрицательные). Надо полагать, что таким течение будет не во всех створах. Здесь необходимо учитывать, что в начале активной зоны мы наблюдаем в области оси существенное возвратное течение как при двуслойном, так и при многослойном контрвихревом потоке. Такое течение формирует вокруг себя область с рециркуляционным движением жидкости (см. ниже), в котором в створах непосредственно в начале активной зоны будет наблюдаться восходящий ток жидкости от оси в сторону стенок трубы. То, что мы наблюдаем на полученных профилях, можно характеризовать как начавшуюся трансформацию слабеющего контрвихревого течения в течение Пуазейля.
Надо сказать, что в расчетных контрвихревых течениях при Re = 500 радиальные перетоки достаточно быстро вырождаются. Так, при двуслойном контрвихревом течении радиальные скорости становятся практически равными нулю к створу 40R, а при многослойном течении (с 4-мя противоположно закрученными слоями) уже к створу 20R.
1.2.1.4 Функция тока и области рециркуляции
Отмеченное выше возвратное приосевое течение в зоне активного взаимодействия коаксиальных противоположно закрученных слоев формирует вокруг себя область рециркуляционного движения, массообмен между которой и обтекающим ее транзитным потоком отсутствует и находящаяся внутри рециркуляционного пузыря жидкость вниз по течению не уходит. В соответствии со свойством линий тока, касательные к которым в любой точке совпадают с направлением векторов скорости элементарных частиц жидкости, расположенных на них в данный момент времени, а в установившихся течениях совпадают с траекториями частиц, можно полагать, что описываемая рециркуляционная область представляет собой кольцевой тороидальный 6-вихрь с замкнутыми эллиптическими линиями тока W и ограничивается изолинией, имеющей нулевое значение ( Р = 0 ).
С целью выявления рециркуляционных областей найдем распределение функции тока Ч , определяемой равенствами (1.32). Поскольку в осесимм-тричных течениях (д/ дО = 0 ) на оси трубы при г = 0 значение функции тока равно нулю ( Р = 0) для всех х 0, то распределение Ч (г,х) можно найти согласно (1.32) через определенный интеграл
Расчетные поля контрвихревых течений при Re = 500 показаны на рисунке 1.16,а,б изолиниями функции тока на участке камеры смешения длиной до двадцати ее радиусов. Указанная длина достаточна для визуализации всех областей с рециркуляционным движением в зоне контрвихревого течения. а)
Расчеты показывают наличие в контрвихревых течениях нескольких областей рециркуляции. Причем приосевые рециркуляционные области, представляющие собой тороидальные 6-вихри, как в двуслойном (рисунок 1.16,а), так и в многослойном (рисунок 1.16,б) контрвихревых течениях весьма развиты в радиальном и аксиальном направлениях. При двуслойном контрвихревом течении область рециркуляционного движения существенно более растянута вдоль канала, чем в многослойном течении, однако в последнем она существенно более развита вдоль радиуса. Вместе с тем, в двуслойном контрвихревом течении (рисунок 1.16,а) можно видеть в непосредственной близости от входного сечения активной зоны расположенную выше приосевой рециркуляционной области по крайней мере еще одну область с рециркуляционным движением. Такая ячеистая структура характерна для областей распада циркуляционно-продольных течений, например, в виде так называемой пузырьковой формы [9,204,215]. В сравнении с двуслойным многослойное контрвихревое течение имеет еще более сложную ячеистую структуру, что способствует его еще более интенсивному распаду.
Вихревая структура течения в активной зоне Рассмотрим вихревую структуру исследуемого течения. В условиях осевой симметрии (д/дО = О), когда при этом можно пренебречь производной диг/дх, выражения для компонент вихря согласно равенствам (1.12) существенно упрощаются, что позволяет сократить объем вычислений, заметно не отражаясь на Для того, чтобы представить пространственную картину вихревой струк 117 туры контрвихревых течений, можно воспользоваться схемой, приведенной на рисунке 1.2, где показаны компоненты вектора вихря, действующие по граням выделенного элементарного объема жидкости. Следует также иметь в виду, что положительное значение вихря соответствует вращению элементарной частицы против часовой стрелки, а отрицательное – по часовой стрелке.
Анализ полученных данных показывает, что во внутренних слоях контрвихревых течений на участке активной зоны вдоль радиуса генерируются каскады концентрических вихрей противоположного знака. Подобную развитую ячеистую структуру вихревых полей невозможно наблюдать ни в продольно-осевых потоках, где генерирование завихренности исключительно одного знака обусловлено только вязким торможением жидкости в пристенном слое, ни в циркуляционно-продольных течениях с однонаправленной закруткой слоев, в которых имеются две зоны генерации вихрей взаимно противоположного знака: пристенная область вязкого торможения, как в осевом потоке, и приосевая вихревая зона в ядре течения [77,78]. Таким образом, структура конрвихревых течений формируется под преобладающим воздействием внутренних процессов в зонах генерации каскадных вихревых полей, обусловленных силами вязкости. В целом это кардинальное отличие контрвихревых течений от циркуляционно-продольных и продольно-осевых.
Ячеистая (каскадная) структура вихревых полей в контрвихревых течениях, как указывалось выше, способствует их интенсивному распаду и взаимной вязкой диффузии (диссипации) циркуляции взаимодействующих противоположно закрученных слоев. Следует отметить, что с количеством слоев контрвихревого течения кратность ячеистой структуры вихревых полей пропорционально нарастает. Зарождаясь на входе активной зоны, вихревые каскады затем быстро подавляются силами вязкости. Собственно это и является физической причиной диссипации механической энергии течения и преобразования ее в тепло.
Инспекционный анализ уравнений гидродинамики
Контрвихревые течения относятся к пространственным неравномерным течениям, не встречающимся в природе. Идея формирования в цилиндрической камере взаимодействия спутных коаксиальных противоположно закрученных циркуляционно-продольных двух и более потоков впервые появилась при исследованиях гидротехнических водосбросов и быстро распространилась на другие отрасли. Характер и интенсивность гидро- и аэродинамических процессов, происходящих в контрвихревых устройствах, обеспечивают эффективность их использования в самых разных отраслях современной техники в целях перемешивания однофазных и многофазных сред, гашения избыточной механической энергии потока жидкости или газа, дезинтеграция конгломератов, создания гомогенных сред, возбуждения механически колебаний и получения других технологических эффектов.
Обзор математических моделей вязких циркуляционно-продольных течений позволяет сделать вывод, что любое такое течение является комбинацией свободного (потенциального) и вынужденного (твердого) вихрей. Свободно-вынужденное вращение свойственно любому закрученному потоку вязкой жидкости. Это фундаментальной свойство всех циркуляционных течений, прослеживаемое по экспериментальным данным подавляющего большинства исследователей. Трансформация циркуляционно-продольного течения вдоль про 142 дольной оси водовода происходит путем перераспределения потенциальной и твердой составляющих общего вихря в пользу последней. Таким образом, по мере продвижения потока по аксиальной координате его вращение становится все более твердым. Переход к квазитвердому вращению говорит о вырождении циркуляции.
Особое практическое значение имеют математические модели квазипотенциального течения, при котором rott/ = 0. Отмечается, что безвихревое течение несовместимо с вязкостью, другими словами, для вязкой (реальной) жидкости безвихревое (потенциальное) движение невозможно. Несмотря на это на практике нередко реализуется именно это наиболее простое циркуляционно-продольное движение благодаря тому, что при больших скоростях течения или значительных габаритах сооружений или технологического оборудования числа Рейнольдса (Re) высоки и, следовательно, силы вязкости малы по сравнению с другими силами. Эта модель отражает свойства высокоскоростного турбулентного закрученного потока. Несмотря на упрощенность описания движения жидкости данная модель позволяет получить расчетные характеристики вихревых устройств и сооружений, хорошо соответствующие результатам физических исследований.
Математические модели циркуляционных течений, построенные на приближенных решениях, когда в уравнения Навье-Стокса вводятся допущения, согласно которым иг принимается значительно меньше uQ и их; или оператор и д I дх заменяется на д I дх, также приводят к распределениям азимутальных скоростей в виде комбинации свободного и вынужденного вихрей (вихрь Бюр-герса-Битчелора). Однако, чем больше число Рейнольдса (ниже вязкость), тем больше свободно-вынужденное течение приобретает свойств потенциального вращения, точнее квазипотенциального. Более точную картину распределения в периферийной пристенной области дает вихрь, полученный из тех же уравнений, в виде ряда Фурье-Бесселя, это решение строго учитывает равенства нулю всех компонент скорости на стенках трубы.
При математическом моделировании контрвихревых течений в рамках системы классических уравнений гидродинамики исследуется участок течения от сечения, где слои с противоположной закруткой начинают взаимодейство вать, до сечения, где течение с вырожденной закруткой можно полагать осевым и равномерным. Данный участок включает активную зону, в которой происхо дит взаимодействие противоположно закрученных потоков, и участок вырож дения закрутки, называемый участком пассивной трансформации течения. Гра ничными условиями задачи являются: иг = ие = их = 0 на стенках трубы, на оси потока иг =ие = 0 и дих / дг = 0; на бесконечном удалении от начального створа активной зоны иг = ие = 0 и дих / дх = 0.
Анализ полученных теоретических распределений азимутальных скоро стей uQ в зависимости от координат г и х и числа Рейнолдса Re показывает, что контрвихревое течение с равными моментами вращения противоположно закрученных потоков быстро, за счет сил вязкости, трансформируется в продольно-осевое течение без закрутки. Расчеты показывают, что длина активной зоны составляет порядка 40 радиусов камеры смешения. При увеличении числа взаимодействующих потоков с двух до четырех длина активной зоны снижается в два раза с 40 до 20 радиусов. Вязкость среды оказывает существенное влияние на длину активной зоны: при увеличении числа Рейнольдса (снижении вязкости) длина активной зоны увеличивается.
Разбаланс моментов вращения взаимодействующих коаксиальных слоев не изменяет длину активной зоны, однако на выходе из неё наблюдается не продольно-осевое, а циркуляционно-продольное течение с остаточной циркуляцией в направлении вращения потока с более мощным начальным моментом количества движения. Последующее вырождение циркуляции в таком течении происходит медленно на участке пассивной трансформации течения.
Характерной особенностью распределения аксиальных скоростей в пределах участка активного взаимодействия контрвихревых потоков является наличие мощных возвратных течений в приосевой области течения. Отрицатель 144 ные значения аксиальных скоростей здесь достигают ux = –16 безразмерных единиц в условиях математического эксперимента, проводимого при Re = 500. Возвратные течения занимают достаточно протяженную область и доходят до точки торможения в 20-ти радиусах от начала активной зоны, в то время, как полная трансформация контрвихревого течения в продольно-осевое завершается к 40-ому радиусу. Анализ показывает, что изменение числа Re за счет вязкости, скорости течения или размеров трубы прямо пропорционально отражается на протяженности участка возвратного течения. Увеличение числа коаксиальных противоположно закрученных слоев с 2-х до 4-х пропорционально сокращает длину участка с возвратными течениями. Возвратное рециркуляционное приосевое течение в зоне активного взаимодействия коаксиальных слоев формирует замкнутый объем. Массобмен между этим замкнутым объемом и остальным транзитным течением не происходит. Эта область представляют собой тороидальный -вихрь, как в двуслойном, так и в многослойном контрвихревом течении и формирует его ячеистую структуру. Параболический профиль Пуа-зейля в математических экспериментах достигался к створу на расстоянии 80 радиусов от начала активной зоны, причем как при 2-х, так и при 4-х слойном контрвихревом течении.
Гидродинамические характеристики контрвихревых гасителей энергии потока
В первом случае снижение интенсивности пульсаций обусловлено повышением давления в жгуте до атмосферного и устранением, таким образом, отрицательного градиента давления, кроме того, воздух проявляет себя как демпфирующая пульсацию сжимаемая среда. Во втором случае снижение пульсаций объясняется тем, что осевая струя выполняет функцию жесткого стержня, центрирующего коаксиальные закрученные потоки, одновременно подавляя «за-плески» в виде обратных токов воды. На рисунках 3.15-3.17 действительно наблюдается отсутствие явно выраженных жгутовых частот на спектрограммах пульсаций давления при указанных режимах работы модели.
Таким образом, можно сделать вывод, что в целях предотвращения опасных динамических нагрузок на элементы проточного тракта является необходимым предусматривать в контрвихревых водосбросах системы подвода либо воздуха, либо осевой струи в приосевую зону в начале камеры смешения.
При изменении напора (H) нормированный стандарт () и ведущая частота () пульсаций в условиях моделирования по Эйлеру и автомодельности по Рейнольдсу должны изменяться в соответствии с равенствами
Можно полагать, что при переходе к натурным условиям нормированный напором стандарт пульсаций сохранится, а ведущая частота понизится в корень квадратный из масштаба модели. Однако, говоря о пересчете пульсацион-ных нагрузок на элементы проточного тракта с модели на натурные условия, следует учитывать возможность возникновения кавитации на стенках натурной камеры смешения – явления, которое на малых модельных напорах отсутствует. В связи с этим вопрос о пересчете модельных данных на натурные объекты по результатам описываемых исследований нельзя было считать закрытым, этот вопрос требовал дополнительного изучения на моделях с напором, близким к натурному, или на специальных кавитационных стендах. Такие исследования были проведены, их результаты излагаются в разделе 3.3 настоящей главы.
Рисунок 3.19 Отнесенные к напору на модели стандарты пульсаций давления на стенках по периметру камеры смешения в створе 0,67R
На рисунке 3.19 показаны стандарты пульсаций давления на стенках по периметру камеры гашения в створе 0,67R, где динамические нагрузки достигают максимума. Полученные результаты свидетельствуют, что интенсивность пульсаций постоянна по периметру камеры, что говорит об осевой симметрии течения. Коэффициенты взаимной корреляции пульсаций в точках, расположенных по периметру с угловым сдвигом 120о, составили 0,14 – 0,18, что соответствует слабой корреляционной связи (данные получены на коррелометре). Таким образом, динамические условия работы контрвихревого водосброса по корреляционным характеристикам следует признать благоприятными, ибо возникновение значительных интегральных по площади динамических нагрузок на стенки проточного тракта исключается.
На рисунке 3.20 показано распределение динамических нагрузок на стенки по длине камеры смешения в зависимости от режима работы исследованной модели контрвихревого водосброса. Представленные распределения показывают, что экстремальной динамикой характеризуются режимы 331 и 330, т.е. режимы с максимальной абсолютной пропускной способностью, что является закономерным, не требующим пояснений результатом.
В целом экспериментальные данные показывают, что уровень динамических нагрузок, определяемый нормированным стандартом пульсаций давления на стенках камеры смешения контрвихревого водосброса, и равный 4 – 6 % от напора, ниже, чем в других, используемых в настоящее время устройствах напорного гашения энергии потока в виде водобойных камер различных конструкций [57, 101, 124, 233]. Объяснение этому можно дать тем, что отличительной особенностью контрвихревых водосбросов является создание таких условий сопряжения взаимно гасящих энергию друг друга потоков, при которых зона их наиболее интенсивного взаимодействия располагается в толще течения и не замыкается на стенках камеры смешения. Это является существенным техническим преимуществом контрвихревых систем по отношению к гасителям иных типов.
Исследования проводились на лотковом стенде гидравлической лаборатории СПКБ «Мосгидросталь», работавшем по схеме замкнутого водооборота. Стенд состоит из подземного резервуара - храни-лища воды объемом 230 м , насосной группы из двух насосов 16НДН, магистральных трубопроводов диаметром 600 мм с отводами и регулирующими задвижками, напорными баками и лотками экспериментальных установок. Предельный напор стенда 20 м, расход при напоре 15 м составляет 500 л/с. (рисунок 3.21)
Модель водосброса (рисунок 3.22) состояла из подводящего водовода 1, развилки 2, двух затворных камер 3 коробового сечения 113x78 мм, оборудованных сегментными затворами 4 с перекрываемыми отверстиями 11370 мм, двух концентрических камер закрутки 5 диаметром 360 мм (периферийная камера) и 196 мм (камера закрутки внутреннего потока) с торцевыми профильными винтовыми стенками, разделенных обтекателем 6, камеры смешения 7 в виде конфузора с диаметрами 360/276 мм, отводящего водовода 8 диаметром 276 мм.
Материал модели - сталь (до камеры смешения) и органическое стекло (камера смешения и отводящий водовод). Модель представляет собой вариант выполнения контрвихревого водосброса, рассчи-танного в натурных условиях на пропуск расхода до Q — 1250 м /с при напоре на затворах Н = 200 м. В этом случае геометрический масштаб модели составляет 1:38,5.
