Журналов:     Статей:        

Машины и установки: проектирование, разработка и эксплуатация. 2015; : 9-28

Наружный цилиндрический насадок с управляемым вакуумом

Пильгунов В. Н., Ефремова К. Д.

Аннотация

Разработана и апробирована конструкция наружного цилиндрического насадка с вакуумной камерой. Вакуумная камера образована за счёт удаления торца гильзы насадка на некоторое расстояние от плоскости стенки, в которой выполнено отверстие с острой кромкой. Приведены экспериментальные характеристики насадков с входным отверстием круглой и треугольной формы и даны значения их коэффициентов объёмного расхода. Контролируемое изменение величины вакуума в камере путём её подключения к атмосфере позволяет управлять пропускной способностью насадка. Установлено, что пропускная способность отверстия треугольной формы превышает пропускную способность отверстия круглой формы при равных площадях их поперечного сечения. Насадок с треугольным входным отверстием устойчиво работает при высоких напорах истечения. Проверка адекватности математической модели насадка показала, что постулируемое в работах по механике жидкости постоянство гидростатического напора в сечении струи не является корректным. Подключение вакуумной камеры насадка к атмосфере посредством регулируемого дросселя, управляемого по давлению истечения, позволяет обеспечить стабилизацию расхода через насадок при колебаниях давления питающей установки. Ключевые слова: наружный цилиндрический насадок с вакуумной камерой, истечение жидкости через отверстие треугольной формы, пропускная способность насадка, регулируемый вакуум в камере. DOI: 10.7463/aplts.0315.0783011
Список литературы

1. Альтшуль А.Д. Гидравлические сопротивления. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Недра, 1982. 224 с

2. Лапшев Н.Н. Гидравлика: учебник для студ. вузов. 3-е изд., стереотип. М.: Издательский центр «Академия», 2000. 272 с

3. Башта Т.М., Руднев С.С., Некрасов Б.Б. и др. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы: учебник для машиностроительных вузов. 2-е изд., перераб. М.: Машиностроение, 1982. 423 с

4. Некрасов Б.Б. Гидравлика и её применение на летательных аппаратах. М.: Машиностроение, 1967. 368 с

5. Башта Т.М. Машиностроительная гидравлика: справочное пособие. М.: Машиностроение, 1971. 672 с

6. Ухин Б.В. Гидравлика: учеб. пособие. М.: ИД «Форум», ИНФРА-М, 2009. 464 с. (Сер. Высшее образование)

7. Лабораторный курс гидравлики, насосов и гидропередач: учеб. пособие для машиностроит. вузов / под ред С.С. Руднева и Л.Г. Подвидза. 2-е изд., перераб. и доп. М .: Машиностроение , 1974. 4 16 с

8. Fundamental of Cavitation / ed. by I.-P. Franc, J.-M. Michel. Berlin: Springer , 2010. 328 p

9. Deo R.C. Comparative Analysis of Turbulent Plane Jets from a Sharp-Edged Orifice, a Beveled-Edge Orifice and a Radially Contoured Nozzle // Engineering and Technology International Journal of Mechanical, Aerospace, Industrial and Mechatronics Engineering. 2013. Vol. 7, no. 12. P. 1496-1505

10. Брюханов О.Н., Коробко В.И., Мелик-Аракелян А.Т. Основы гидравлики, теплотехники и аэродинамики: учебник. М.: ИНФРА-М, 2010. 254 с. (Сер. Среднее профессиональное образование)

11. Гейер В.Г., Дулин В.С., Боруменский А.Г., Заря А.Н. Гидравлика и гидропривод. М.: Недра, 1970. 302 с

12. Емцев Б.Т. Техническая гидромеханика: учебник для вузов по специальности «Гидравлические машины и средства автоматики». М .: Машиностроение , 1978. 463 с

13. Ghahremanian S., Svensson K., Tummers M.J., Moshfegh B. Hear-field mixing of jets issuing from an array of round nozzles // International Journal of Heat and Fluid Flow. 2014. Vol. 47. P. 84-100. DOI: 10.1016/j.ijheatfluidflow.2014.01.007

14. Бутаев Д . А ., Калмыкова З . А ., Подвидз Л . Г . и др . Сборник задач по машиностроительной гидравлике: учеб. пособие для машиностроительных вузов / под ред. И.И. Куколевского, Л.Г. Подвидза. 5-е изд., стереотип. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. 484 с

15. Пильгунов В.Н., Ефремова К.Д. Особенности истечения жидкостей через отверстия некруглой формы // Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2015. № 2. С. 1-23. DOI :10.7463/0215.0758817

16. Кузнецов В.С., Шабловский А.С., Яроц В.В. Влияние фаски на входной кромке отверстия в цилиндрической насадке на его коэффициент расхода // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение. 2014. № 5. С. 46-52

17. Кузнецов В.С. Исследование потоков жидкости в дроссельных каналах при возникновении кавитации // Вестник ДГТУ. 2011. Т.11, № 1 (52). С. 57-62

Machines and Plants: Design and Exploiting. 2015; : 9-28

External Cylindrical Nozzle with Controlled Vacuum

Pil'gunov V. N., Efremova K. D.

Abstract

There is a developed design of the external cylindrical nozzle with a vacuum camera. The paper studies the nozzle controllability of flow rate via regulated connection of the evacuated chamber to the atmosphere through an air throttle. Working capacity of the nozzle with inlet round or triangular orifice are researched. The gap is provided in the nozzle design between the external wall of the inlet orifice and the end face of the straight case in the nozzle case. The presented mathematical model of the nozzle with the evacuated chamber allows us to estimate the expected vacuum amount in the compressed section of a stream and maximum permissible absolute pressure at the inlet orifice. The paper gives experimental characteristics of the fluid flow process through the nozzle for different values of internal diameter of a straight case and an extent of its end face remoteness from an external wall of the inlet orifice. It estimates how geometry of nozzle constructive elements influences on the volume flow rate. It is established that the nozzle capacity significantly depends on the shape of inlet orifice. Triangular orifice nozzles steadily work in the mode of completely filled flow area of the straight case at much more amounts of the limit pressure of the flow. Vacuum depth in the evacuated chamber also depends on the shape of inlet orifice: the greatest vacuum is reached in a nozzle with the triangular orifice which 1.5 times exceeds the greatest vacuum with the round orifice. Possibility to control nozzle capacity through the regulated connection of the evacuated chamber to the atmosphere was experimentally estimated, thus depth of flow rate regulation of the nozzle with a triangular orifice was 45% in comparison with 10% regulation depth of the nozzle with a round orifice. Depth of regulation calculated by a mathematical model appeared to be much more. The paper presents experimental dependences of the flow coefficients of nozzle input orifice on the vacuum depth in the chamber. Research findings allowed us to express opinion that accepted in the works on "Fluid Mechanics " equality of pressure values in the center of cross-stream gravity and in its surrounding steam-gas medium is incorrect. The paper shows a possibility to create the nozzle design with updated device to connect a chamber to the atmosphere by the air throttle, which is flow pressure-controlled thus providing the nozzle operation as the flow rate stabilizer. The publication supplements information on nozzles provided in literature on " Fluid Mechanics". The developed design of the external cylindrical nozzle with controlled vacuum and of research results of its working capacity can be taken into consideration in designing hydraulic systems and devices of hydro-automatic equipment.
References

1. Al'tshul' A.D. Gidravlicheskie soprotivleniya. 2-e izd., pererab. i dop. M.: Nedra, 1982. 224 s

2. Lapshev N.N. Gidravlika: uchebnik dlya stud. vuzov. 3-e izd., stereotip. M.: Izdatel'skii tsentr «Akademiya», 2000. 272 s

3. Bashta T.M., Rudnev S.S., Nekrasov B.B. i dr. Gidravlika, gidromashiny i gidroprivody: uchebnik dlya mashinostroitel'nykh vuzov. 2-e izd., pererab. M.: Mashinostroenie, 1982. 423 s

4. Nekrasov B.B. Gidravlika i ee primenenie na letatel'nykh apparatakh. M.: Mashinostroenie, 1967. 368 s

5. Bashta T.M. Mashinostroitel'naya gidravlika: spravochnoe posobie. M.: Mashinostroenie, 1971. 672 s

6. Ukhin B.V. Gidravlika: ucheb. posobie. M.: ID «Forum», INFRA-M, 2009. 464 s. (Ser. Vysshee obrazovanie)

7. Laboratornyi kurs gidravliki, nasosov i gidroperedach: ucheb. posobie dlya mashinostroit. vuzov / pod red S.S. Rudneva i L.G. Podvidza. 2-e izd., pererab. i dop. M .: Mashinostroenie , 1974. 4 16 s

8. Fundamental of Cavitation / ed. by I.-P. Franc, J.-M. Michel. Berlin: Springer , 2010. 328 p

9. Deo R.C. Comparative Analysis of Turbulent Plane Jets from a Sharp-Edged Orifice, a Beveled-Edge Orifice and a Radially Contoured Nozzle // Engineering and Technology International Journal of Mechanical, Aerospace, Industrial and Mechatronics Engineering. 2013. Vol. 7, no. 12. P. 1496-1505

10. Bryukhanov O.N., Korobko V.I., Melik-Arakelyan A.T. Osnovy gidravliki, teplotekhniki i aerodinamiki: uchebnik. M.: INFRA-M, 2010. 254 s. (Ser. Srednee professional'noe obrazovanie)

11. Geier V.G., Dulin V.S., Borumenskii A.G., Zarya A.N. Gidravlika i gidroprivod. M.: Nedra, 1970. 302 s

12. Emtsev B.T. Tekhnicheskaya gidromekhanika: uchebnik dlya vuzov po spetsial'nosti «Gidravlicheskie mashiny i sredstva avtomatiki». M .: Mashinostroenie , 1978. 463 s

13. Ghahremanian S., Svensson K., Tummers M.J., Moshfegh B. Hear-field mixing of jets issuing from an array of round nozzles // International Journal of Heat and Fluid Flow. 2014. Vol. 47. P. 84-100. DOI: 10.1016/j.ijheatfluidflow.2014.01.007

14. Butaev D . A ., Kalmykova Z . A ., Podvidz L . G . i dr . Sbornik zadach po mashinostroitel'noi gidravlike: ucheb. posobie dlya mashinostroitel'nykh vuzov / pod red. I.I. Kukolevskogo, L.G. Podvidza. 5-e izd., stereotip. M.: Izd-vo MGTU im. N.E. Baumana, 2002. 484 s

15. Pil'gunov V.N., Efremova K.D. Osobennosti istecheniya zhidkostei cherez otverstiya nekrugloi formy // Nauka i obrazovanie. MGTU im. N.E. Baumana. Elektron. zhurn. 2015. № 2. S. 1-23. DOI :10.7463/0215.0758817

16. Kuznetsov V.S., Shablovskii A.S., Yarots V.V. Vliyanie faski na vkhodnoi kromke otverstiya v tsilindricheskoi nasadke na ego koeffitsient raskhoda // Vestnik MGTU im. N.E. Baumana. Ser. Mashinostroenie. 2014. № 5. S. 46-52

17. Kuznetsov V.S. Issledovanie potokov zhidkosti v drossel'nykh kanalakh pri vozniknovenii kavitatsii // Vestnik DGTU. 2011. T.11, № 1 (52). S. 57-62