2. Влияние основных конструктивных и режимных характеристик на аэродинамику циклонной камеры

Из отмеченных выше геометрических характеристик особенно сильное влияние на аэродинамику циклонной камеры оказывает диаметр выходного отверстия. Уменьшение приводит к росту величины , значения статистического давления на боковой поверхности камеры Р_с.ст., уменьшению характерного радиуса и других характеристик радиусов ядра потока. При этом наблюдается существенная перестройка профилей и .В то же время влияние параметра на поток в пристенной зоне практически мало существенно.

Увеличение относительной суммарной площади входа циклонной камеры приводит к повышению уровня вращательных и осевых скоростей, статистического давления и смещению характерных радиусов в ядре потока в приосевую область, а границы ядра потока – в периферийную область рабочего объема. С уменьшением распределения вращательной скорости и давлений приобретают более пологий характер.

Относительная высота шлицев основное влияние оказывает на поток в пристенной зоне. С увеличением уменьшаются потери на расширение струи и вихреобразование у кромок шлицев, поэтому возрастает уровень во всей пристенной зоне течения, в том числе и величина .Радиальная протяженность периферийной зоны несколько увеличивается.

Относительное расположение входных шлицев х_вх, практически не оказывая влияния на вращательное движение потока и слабо влияя на сопротивление камеры, коренный образом изменяет поле осевых потоков на периферии рабочего объема.

Распределенность шлицев по периметру камеры (увеличение а) способствует повышению осевой симметрии потока в ядре и равномерности распределения скоростей в периферийной зоне. При этом изменяются условия взаимодействия выходящих из шлицев струй с ранее введенными в рабочий объем и уже вращающимися в нем газами (следовательно, изменяются входные потери), протяженность их активного действия, влияние особенностей формирования потока и потерь во входных каналах. Доля, а в некоторых случаях и характер влияния каждого из перечисленных факторов зависят от геометрических характеристик камеры и прежде всего от величины относительной суммарной площади входа потока. Например, при < 7,5·10^-2 увеличение числа входов по периметру приводит к повышению сопротивления камеры, главным образом за счет возрастания потерь на входе (на расширение потока). В то же время при > 7,5·10^-2, в условиях интенсивного вращения потока в рабочем объеме и значениях вблизи внутренней кромки шлицев, близких к V_вх, увеличение числа вводов определяет повышение плавности ввода газа, снижение этих потерь и общего сопротивления камеры.

Относительная длина камеры оказывает влияние, как на структуру, так и на общие аэродинамические характеристики потока. При > 2 и двухстороннем локальном вводе в ядре поток практически осесимметричен и распределения (при ·10² ≥ 3·10^-2) можно считать неизменными по его длине. При < 2 распределение начинает существенно зависеть от продольной координаты. Увеличение приводит к значительному уменьшении,,, и суммарного сопротивления камеры. Существенно зависит от и поле осевых скоростей. При росте несколько увеличивается радиальная протяженность пристенной зоны течения.

Повышение шероховатости поверхности рабочего объема циклонной камеры приводит к снижению уровня вращательных скоростей,смещении максимума _ по направлению к периферии, уменьшению сопротивления камеры. Профиль _ под влиянием деформируется. Повышениеприводит к некоторой перестройке поля осевых скоростей, особенно в центре рабочего объема камеры. С ростом может быть ликвидирован осевой обратный ток, увеличивается радиальная протяженность и уровень максимальной осевой скорости выходного вихря.

Сопротивление циклонных камер и потери в них главным образам определяются вращательным движением потока [15, 16], причем доля потерь на трение потока о стенкирабочего объёма, а также выходного и входных каналов в общей величине потерьдля гладкостенных камер сравнительно невелика и возрастает с увеличением относительной шероховатости поверхности рабочего объема и каналов. Однако даже в гладкостенных камерах трение потока о стенки (при сравнительно небольших потерях непосредственно на трение) оказывает влияние на уровень вращательных скоростей в рабочем объеме, следовательно, на величину затрат на достижение определенного уровня крутки и величины входной и выходной составляющих суммарного коэффициента сопротивления. В гладкостенных камерах, а такие в шероховатых, в которых толщина ламинарного подслоя на стенках рабочего объема превышает величину бугорков шероховатости (шероховатая камера является гидродинамически гладкой), увеличение входного числа Рейнольдса

,(4)

( - коэффициент кинематической вязкости потока при входных условиях) или расхода газа через камеру приводит к снижению коэффициента трения и, следовательно, к снижению тормозящего действия внутренней поверхности рабочего объема. Повышение уровня вращательных скоростей с увеличением Re_вх приводит и к росту ξ (рис.4).

Рис.4.Зависимость ξ = ξ (Re_вх) при различной

относительной шероховатости рабочего г

объема камеры: .гйш= 0,4; Ь= 1.57;

В области турбулентного режима интенсивность зависимости суммарного коэффициента сопротивления от Re_вх, убывает с его увеличением. Когда в шероховатых циклонных камерах бугорки шероховатости значительно выходят за пределы ламинарного подслоя, тормозящее действие стенок будет определяться сопротивлением формы бугорков - сопротивлением плохо обтекаемых выступов шероховатости. Поскольку сопротивление формы не зависит от числа Рейнольдса, то и сопротивление циклонной камеры в этом случае не зависит от Re_вx. Течение потока становится автомодельным. Как и при течении в трубах, между двумя рассмотренными предельными режимами и в циклонных камерах существует промежуточный режим, в котором толщина ламинарного подслоя соизмерима с высотой выступов шероховатости и ξ зависит от  и Re_вx. Ранее уже отмечалось, что влияние трения потока о стенки камеры главным образом проявляется через изменение уровня вращательных скоростей и определяемых им величиной затрат энергии (напора) на достижение определенного уровня и потерь на выходе из рабочего объема. Рост коэффициента трения приводит и снижению уровня вращательных скоростей и суммарного коэффициента сопротивления камеры, а уменьшение, наоборот, - к повышению уровня и соответственно ξ. Поэтому характер изменения суммарного коэффициента сопротивления циклонных камер от числа Re_вх оказывается противоположным изменению коэффициента сопротивления трения. В общем изменение суммарного коэффициента сопротивления камеры с увеличением числа Re_вх можно представить следующим образом: при ламинарном режиме течения, если он возможен, ξ, вероятно, будет увеличиваться и достигнет максимума при критическом значении числа Рейнольдса, в переходном режиме ξ убывает, при турбулентном промежуточном режиме, в отличие от двух предыдущих, характер изменения ξ начинает существенно меняться от относительной шероховатости поверхности рабочего объема, и, в зависимости от величины , может иметь место и падение, и увеличение ξ; в режиме развитой шероховатости суммарный коэффициент сопротивления не меняется.

Распределения не зависят от величины Re_вх. В гладко-стенных камерах возрастает с увеличением Re_вх. Зависимость максимальной вращательной скорости от числа Re_вх практически определяется лишь изменением величины вращательной скорости на границе ядра потока.

Для шероховатых циклонных камер в наиболее целесообразном и часто встречающемся в практике диапазоне чисел Рейнольдса (Re_вх >2·10⁵) режим течения можно считать автомодельным.

Загрузка объема циклонной камеры различного рода вставками не вызывает коренных изменений в картине распределения скоростей. В то же время она оказывает влияние практически на все аэродинамические характеристики ядра потока. Особенности аэродинамики циклонных загруженных камер подробно рассмотрены в работах [8-14].