Введение к работе
Актуальность темы.
На современном этапе экономического развития общества весьма остро стоит вопрос энергосбережения и эффективного использования энергоносителей. В данном контексте не менее важным становится вопрос учета природного газа на всех стадиях его добычи, от скважин до транспортировки и распределения потребителям. Несмотря на усиливающуюся конкуренцию со стороны новых типов расходоизмерительных приборов , расходомеры переменного перепада являются основными в промышленной расходометрии. Диафрагмы, использующиеся повсеместно в качестве первичных преобразователей расхода, обладают существенными затратами на организацию процесса перекачки газа, создают ощутимые потери давления на вихреобразование и нестабильный коэффициент расхода, чем заметно увеличивают погрешности измерения.
С появлением новых высокоточных вторичных приборов особенно актуальным становится вопрос разработки эффективных первичных преобразователей расхода, обеспечивающих снижение энергетических затрат и одновременное повышение точностных показателей.
Сужающие устройства также широко применяются в качестве входных конфузоров в компрессорной технике, градирнях, вентиляторах, бытовых приборах. Основная их задача – обеспечение равномерного профиля скоростей. Разработка сужающих устройств с малыми потерями энергии потока и равномерным профилем скоростей в выходном их сечении позволяет увеличить эффективность функционирования указанных систем, при использовании данных устройств в качестве входных конфузоров.
Цель работы: расчет такой геометрической формы поверхности обтекания криволинейного конфузорного канала, которая, с одной стороны, обеспечивает минимальные энергетические потери, а с другой – максимально равномерное поле скоростей потока в выходном сечении канала. Исследование гидродинамических характеристик течения в канале предлагаемого профиля.
Задачи исследования:
1. разработка профиля сужающего устройства с позиции минимизации потерь на работу сил трения
2. составление математической модели течения в проточной части конфузорного канала при ламинарном и турбулентном режимах течения
3. проведение математического эксперимента по определению гидродинамических и кинематических характеристик течения в каналах разработанного профиля различных модулей при условиях наличия и отсутствия предвключенного участка гидродинамической стабилизации
4.проведение физических экспериментов по определению коэффициента расхода сопел предлагаемой геометрической формы.
5. сопоставление полученных данных с данными других авторов.
Методы исследования: математическое моделирование на основе фундаментальных законов гидродинамики, экспериментальные исследования на высокоточном лицензированном оборудовании Всероссийского научно-исследовательского института расходометрии.
Научная новизна работы.
-
Разработана форма профиля конфузорного канала, обеспечивающая минимум потерь на работу сил трения, и тем самым повышающая коэффициент расхода расходомерного сопла или эффективность энергетических систем в целом при использовании данного профиля для входного конфузора.
-
Произведен математический эксперимент по определению гидродинамических характеристик при ламинарном и турбулентном течении в канале разработанной формы различных модулей при различных граничных условиях и сравнительный анализ газодинамических характеристик течения в разработанном сопле различных модулей, нормальном сопле и сопле Витошинского.
-
Проведено экспериментальное определение коэффициента расхода разработанных сопл при различных граничных условиях и сопоставление полученной информации с данными литературных источников.
Достоверность результатов работы
математическая модель составлена на основе фундаментальных законов гидродинамики; экспериментальные исследования проведены с применением аттестованных измерительных приборов высокого класса точности на стабильно функционирующей установке с удовлетворительной повторяемостью результатов; использованы физически обоснованные методики измерений; расчет погрешностей измерений выполнен с применением методов математической статистики; сопоставление результатов математического моделирования и экспериментальных исследований показало удовлетворительную сходимость.
Практическая ценность
Разработана форма сопла, позволяющая уменьшить погрешность первичных измерительных преобразователей расхода за счет уменьшения потерь энергии потока на работу сил трения. Каналы разработанной формы могут быть использованы в качестве входных конфузоров силовых установок, поскольку они обладают равномерным профилем скоростей в выходном сечении устройства.
Апробация работы.
Основные материалы и результаты исследований докладывались и обсуждались на VIII школе молодых ученых и специалистов РАН В.Е. Алемасова «Проблемы тепломассообмена и гидродинамики в энергомашиностроении»(2012г), XXV Международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях ММТТ-25» г. Саратов (2012г.), г. Волгоград (2012г.) и «ММТТ-26»
г. Нижний Новгород (2013г), а также на конференции «Актуальные инженерные проблемы химических и нефтехимических производств: материалы Всероссийской научно-практической конференции, посвященной 50-летию Нижнекамского химико-технологического института» г. Нижнекамск (2013).
Получено свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2013615674 «Программа расчета профиля оптимального сопла с минимальной поверхностью»
Публикации результатов работы. По теме диссертации опубликовано 15 печатных работ, из которых 10 статей в журналах перечня ВАК, 1 – в зарубежном издании, 4 – в материалах конференций.
Структура и объем работы.
Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения и списка использованных источников, включающего 119 наименований. Основной текст работы изложен на 139 страницах машинописного текста, содержит 48 рисунков и 11 таблиц.
