авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 |

Совершенствование учета взаимного влияния элементов узла регулируемая задвижка - тройник в напорных водоводах

-- [ Страница 2 ] --

Исследования проводились для 37 различных вариантов сопротивлений и узлов (углы 300, 600, 900, 1200, 1500 и различные степени закрытия задвижек), каждая конструкция соответствовала отдельной серии опытов (рис. 3).

Рис. 3. Схема узла местных сопротивлений для угла =300.

Изучение гидравлических параметров на модели относилось к выборочному статистическому исследованию. Генеральной совокупностью в данном случае были те значения непосредственно задаваемого фактора – напора Н, которые обеспечивали на модели требуемый диапазон чисел Рейнольдса , при неизменных геометрических параметрах конкретного узла. Число Рейнольдса в каждой серии опытов подсчитывалось по формуле: , (где dЭ – эквивалентный диаметр по площади водовода); так же производился замер температуры воды в напорном баке с помощью ртутного термометра с минимальной шкалой 0,50C, диапазон температур в летнее и зимнее время колебался от 12 до 170C.

Применительно к способу постановки эксперимента выборочная совокупность была сформирована за счет варьирования основного фактора – напора, который принимал одно из 79 вариантов возможных значений.

Каждому из уровней основного фактора соответствовало несколько уровней зависимого фактора – расхода, который измерялся также непосредственно (без пересчета по формулам). В качестве приема формирования выборочной совокупности был принят систематический отбор, заключающийся в выборе каждого k-того элемента из списка элементов генеральной совокупности. Комбинационный квадрат выборочного факторного эксперимента в зависимости от конструкции узлового сопротивления состоял из серий, включающих от 7 до 20 уровней основного фактора. Общее число экспериментов без учета повторов составило 428, с учетом повторов – 1283, в пределах каждой серии постоянной оставалась конструкция узла, варьируемым фактором – напор, шаг которого в среднем составлял – 1,8 см. Оценка точности результатов измерений производилась согласно ГОСТ Р ИСО 5725-1-2002, который применяется для оценки точности измерения свойств жидкостей, что особо важно для гидравлических экспериментов.

Опыт выполнялся в условиях повторяемости, показатели точности определялись на основании результатов измерений внутри каждой серии. При фиксированном значении фактора определялся размах вариаций показаний по приборам, который сопоставлялся с критическим диапазоном для вероятности 0,95 при числе измерений n:

, (4)

где – стандартное отклонение повторяемости; – коэффициент критического диапазона.

Число замеров непосредственных величин в каждой серии экспериментов увеличивалось, если значения размаха вариаций превышали критические.

Точность метода измерений представляет собой сумму общего среднего значения (математического ожидания), лабораторной составляющей систематической погрешности в условиях повторяемости и случайной составляющая погрешности результата измерений в условиях повторяемости. Были оценены систематические и случайные составляющие непосредственно измеряемых величин. Суммарная предельная относительная ошибка в определении расхода с вероятностью 0,95 составляла 1,1%, давления 1,0%. Суммарные предельные относительные ошибки опытных значений коэффициента местных сопротивлений с вероятностью 0,95 не превышали 3%, коэффициента Дарси – 4%.

Условия воспроизводимости проверялись сопоставлением экспериментальных данных, полученных в лаборатории, и значений гидравлических параметров по единичным сопротивлениям и схожим сопротивлениям узлов, имеющимся в литературе.

Проверка гипотезы о законе распределения случайной величины была выполнена согласно ГОСТ Р 50.1.037-2002 с помощью одного из непараметрических критериев согласия – омега-квадрат. Полученное выборочное значение статистики Крамера-Мизеса-Смирнова =0,1138 меньше критического для проверки сложной гипотезы =0,2112. Вероятность Р(0,2112)=0,5472. Следовательно, выборочные наблюдения расходов не противоречили нормальному распределению.

В третьей главе работы изложены результаты вычислительного эксперимента кинематических характеристик потока и определения длин участка стабилизации узлового сопротивления. Для построения векторных и скалярных полей скоростей и давлений на персональном компьютере в пакете прикладных программ STAR-CD, получившем мировое признание в области гидродинамических расчетов систем охлаждения ядерных реакторов и энергетических установок, была создана численная модель течения в рассматриваемом узле и проведен вычислительный эксперимент. Сравнение значений местных сопротивлений и давлений по результатам численного моделирования с данными распределения пьезометрических давлений натурного эксперимента показали хорошее совпадение. Полученные поля скоростей для некоторых рассматриваемых случаев приведены на рисунке 4. Данные скоростных полей были обработаны в программе, созданной автором в среде Delphi, и позволяющей выполнять подсчет значений коэффициента Кориолиса . Створы, в которых значение коэффициента Кориолиса соответствовало развитому турбулентному течению, были приняты в качестве границ зоны стабилизации потока за местным сопротивлением. Ниши квадратного сечения вносят незначительные возмущения в поток и длины их влияния не превышают 3d. Зона влияния задвижки вверх по течению составляет 1d; 1,2d; 2d; 3,5d для степеней закрытия 0,1; 0,2; 0,3 и 0,4 соответственно. Для узла с боковым ответвлением 300 и регулировании расхода двумя типами задвижек на рис. 5 в качестве примера приведена динамика коэффициента Кориолиса для числа Рейнольдса и =0,018 (за начало координат принята ось задвижки).

а)

б)

в)

г)

 д) Распределение скоростных полей-32

д)

 Распределение скоростных полей в-33

Рис. 4. Распределение скоростных полей в узле «задвижка-ниша»:

а) – угол 300 и a/d=0,4; б) – угол 600 и a/d=0,2; в) – угол 900 и a/d=0,1; г) – угол 1200 и a/d=0,2; д) – 1500 и a/d=0,3.

Длины влияния изучаемых узлов приведены в таблице 1.

 Изменение коэффициент Кориолиса-35

Рис. 5. Изменение коэффициент Кориолиса при регулировании двумя типами задвижек a/d=0,10,4: а) нестандартизованной односторонней задвижкой; б) нестандартизованной двухсторонней задвижкой.

Таблица 1.

Длины влияния узлов местных сопротивлений

Угол бокового ответвления a/d
0,1 0,2 0,3 0,4
Плоская односторонняя задвижка без выемки для клапана
300 6,8d 8,7d 12d 13d
600 8d 12d 14d 14,7d
900 3,7d 8d 14d 14,7d
1200 3,7d 12d 14d 17d
1500 10d 12d 14d 17d
Плоская двухсторонняя задвижка без выемки для клапана
300 4d 5d 6d 6,5d

Примечание: приведены длины влияния вниз от оси задвижки для =0,018,

jpg">.

Расчеты показывают, что поток выравнивает свое поле скоростей за нестандартизованной односторонней задвижкой на расстоянии от 6,8 до 13d в зависимости от степени закрытия, и на расстоянии 46,5d для регулируемой нестандартизованной двухсторонней прямоугольной задвижки. Зона влияния узла во всех рассмотренных случаях больше, чем зона влияния единичного сопротивления. Это вызвано более сильным искажением поля скоростей, при котором поток, не успев стабилизироваться после выхода из первого сопротивления, входит во второе.

Полученные эпюры скоростей и длины участков стабилизации позволили выявить наиболее опасные участки трубопровода, в пределах которых стенки подвергаются наибольшему гидродинамическому воздействию потока (Таблица 2). На этих участках возможны частые повреждения. Расположенное здесь стыковое соединение снизит общую надежность водовода. Если в этих местах невозможно избежать стыков труб, они должны быть выполнены с особенной тщательностью и следует обеспечить доступ к участку с целью его последующего ремонта.

Таблица 2.

Границы зон выхода скоростного ядра на стенки трубопровода за задвижками (для всех углов ответвлений тройников)

Задвижка a/d
0,1 0,2 0,3 0,4
односторонняя 1d 1,5d 3d 4d
двухсторонняя 1d 1,5d 2d 2,5d

Четвертая глава диссертационной работы посвящена исследованию гидравлических сопротивлений. Начальным этапом стало определение значений гидравлического коэффициента трения (коэффициента Дарси) для трубопровода квадратного сечения. Экспериментально коэффициент определялся на пря­мом участке длиной . Получена эмпирическая формула для расчета гидравлического коэффициента трения:

. (5)

Уравнение (5) имеет хорошие статистические оценки и может быть использовано в диапазоне чисел Рейнольдса . За характерный линейный размер в числе Re принимался учетверенный гидравлический радиус (гидравлический диаметр). По рекомендациям И.Е.Идельчика и Е.А.Адамова в качестве линейного поперечного размера водовода взят эквивалентный диаметр по площади .Эмпирические данные не противоречат исследованиям И.Е. Идельчика для турбулентной области гидравлических сопротивлений прямоугольных труб и лежат в диапазоне значений, определяемых по формуле А.Д. Альтшуля (рис.6).

Рис. 6. Сравнение значений коэффициента Дарси:

1 – экспериментальные данные; 2 – границы доверительного интервала; 3 – значения коэффициента по формуле Кольбрука; 4 – значения коэффициента по формуле Филоненко-Альтшуля для гладких труб; 5 – значения коэффициента по формуле Блазиуса.

Разность потерь энергии на участке узла и эквивалентном прямом участке соответствовала потере энергии на местном сопротивлении. При турбулентном движении с достаточно высокими числами Рейнольдса коэффициенты местных сопротивлений представляют собой функции только геометрических параметров потока и силы вязкости не оказывают влияния на величины этих коэффициентов. По данным различных исследователей это происходит при значениях , но величина может быть смещена как в меньшую, так и в большую сторону в зависимости от вида местного сопротивления. Предыдущие исследования местных сопротивлений лежали в диапазоне чисел Рейнольдса – и авторы обосновывали квадратичную область местных сопротивлений и их независимость от сил вязкости. Экспериментальные исследования показали, что для рассматриваемых узлов и входящих в них единичных сопротивлений диапазон чисел Рейнольдса принадлежит квадратичной области сопротивлений, и значение коэффициента зависит только от геометрии местного сопротивления. Динамику для нескольких серий можно увидеть на рис.7.

Рис. 7. Зависимость при регулировании односторонней задвижкой: 1 – тройник =300 (на проход); 2 – a/d=0,1; 3 – a/d=0,2; 4 – a/d=0,3; 5 – a/d=0,4.

Полученные коэффициенты сопротивления задвижек при размере трубопровода 85х85мм (вдвое меньшем, чем в экспериментах Б.И. Яньшина) с точностью до погрешности совпали со значениями автора. В справочной литературе данные Б.И. Яньшина приводятся с указанием размера трубопровода – 150х150мм.

В результате гидравлического эксперимента были получены значения сопротивлений ниш для различных углов ответвления. Получено универсальное уравнение, применимое для определения коэффициента сопротивления с.п. равнопроходных приточных и вытяжных тройников круглого и квадратного сечений при отсутствии расхода бокового ответвления:

с.п = -0,0282А2 - 0,0265А + 0,154, (6)

где А=sin + cos , здесь – угол бокового ответвления.

Уравнение имело хорошие статистические оценки – коэффициент детерминации R2=0,993, было статистически значимо (критерий Фишера F-значение=0,0068<0,05), имело статистически значимые коэффициенты (р-значения соответственно равные 0,0005; 0,0502; 0,0505). Для проверки применения полученной зависимости при определении коэффициентов сопротивлений ниш в трубах круглого сечения на факторное поле были нанесены имеющиеся данные с.п для углов 450, 900 и 1350. С модельной кривой совпали 60% данных, 40% данных попали внутрь доверительного интервала для вероятности 95% (рис.8).

 Кривая сопротивлений-47

Рис. 8. Кривая сопротивлений равнопроходных тройников с.п. при отсутствии расхода бокового ответвления (сопротивлений ниш).

Коэффициент сопротивления узла может быть представлен в виде:

, (7)

где – коэффициент взаимного влияния местных сопротивлений; и – коэффициенты местных потерь в первом и втором изолировано работающих местных сопротивлениях.

В таблице 3 и таблице 4 приведены значения коэффициентов сопротивления узла «регулируемая задвижка-тройник» при отсутствии бокового расхода и коэффициентов взаимного влияния для рассматриваемых случаев (в числителе приведены данные для узлов с несимметричными задвижками, в знаменателе – с симметричными задвижками).

Таблица 3.

Коэффициент сопротивления узла узла при расположении регулируемой задвижки перед нишей с различным углом ответвления

Степень закрытия задвижки a/d Угол бокового подвода
300 600 900 1200 1500
0,1 0,16/0,16 0,23 0,22 0,22 0,27
0,2 0,48/0,43 0,53 0,50 0,53 0,56
0,3 1,07/1,14 1,10 1,07 1,14 1,16
0,4 2,33/1,96 2,16 2,12 2,22 2,23

Таблица 4.

Коэффициент взаимного влияния при расположении регулируемой задвижки перед нишей с различным углом ответвления

Степень закрытия задвижки a/d Угол бокового подвода
300 600 900 1200 1500
0,1 0,79/0,78 1,10 0,89 0,78 0,89
0,2 0,82/0,81 0,90 0,80 0,80 0,82
0,3 0,98/0,99 1,02 0,96 0,98 0,99
0,4 0,99/1,04 0,91 0,88 0,91 0,91


Pages:     | 1 || 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.