Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Визуализация течения жидкости в каналах. Монография

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

07.09.2026

Размер:

2 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 34 / 134 5 6 7 8 9 10 11 12 13 > Следующая >>>

1.5. Описание стенда по визуализации потоков и принципа его работы

Рис. 1.1. Стенд по визуализации потоков, гидравлическая и механическая части

ступа к внутренним поверхностям пои мытье баков. Для реверсирования потока установлен ресивер 5 с клапанами 6 и 8.

ГЛАВА I. Оптически активная жидкость. Описание процесса визуализации

Контроль за величиной вакуума в ресивере 5 осуществляется при помощи мановакуумметра 9. В днищах баков 1 и 2 выполнены отверстия, соединенные виниловыми трубками 3 с рабочим участком стенда. Последний представляет собой плоскую модель 17 исследуемого элемента проточной части, размещенную между листами экрана 4. Для перекрытия течения ОАЖ установлены краны 10.

Механическая  часть  стенда. Механическая часть стенда предназначена для крепления основных элементов и состоит из станины II с поворотной рамой 23 и стоек для установки баков 1 и 2.

Оптическая часть стенда. Оптическая часть стенда предназначена для непосредственной визуализации потоков на основе эффекта двойного лучепреломления в поляризованном свете и состоит из мощного источника света 20, поляроидов 19 и 21, скрещенных «на темноту» и фоторегистрирующего прибора 22. Для лучшего качества фоторегистрации рекомендуется модель 17 выполнять из непрозрачного материала.

Принцип работы. Движение ОАЖ в гидравлической части стенда происходит за счет создания в баках 1 и 2 перепада давления. Это осуществляется следующим образом. При помощи вакуум-насоса 15 в ресивере 5 создается разрежение, контролируемое мановакуумметром 9. Открывая один из клапанов, на-

Рис. 1.2. Стенд по визуализации потоков, оптическая часть

1.5. Описание стенда по визуализации потоков и принципа его работы

пример, клапан 8 и, соответственно, перекрывая клапан 6, при закрытом клапане 12 в воздушной емкости бака 1 создается разрежение. Для обеспечения течения ОАЖ открывается клапан 13, сообщающий воздушную емкость бака 2 с атмосферой, и краны 10.

Мощный источник света 20 (1 кВт) создает естественный свет,

который, проходя через поляроид-поляризатор 21, поляризуется. При прохождении поляризованного света через ОАЖ плоскость поляризации в каждой точке в зависимости от вектора скорости потока поворачивается на определенный угол. При дальнейшем прохождении света через поляроид-анализатор 19, скрещенный с поляроидом-поляризатором «на темноту», на экране 4 можно наблюдать различные линии равной освещенности, которые и являются линиями тока. Картина течения при этом может регистрироваться как при помощи фотоаппарата 22, так и с помощью скоростной кинокамеры. При необходимости реверсирования потока клапаны открываются и перекрываются наоборот (клапаны 8 и 13 — закрыты, а 6 и 12 — открыты).

Для исключения влияния сил тяжести на картину течения

экран 4 можно при помощи поворотной рамы 23 повернуть в горизонтальную плоскость.

Следует отметить, что описанная выше установка может

быть дополнена трактом измерения гидродинамических характеристик лазерным доплеровским анемометром (ЛДА) [14]. В этом случае появляется возможность получать не только качественную картину течения, но и количественные характеристики потока.

Модернизированная установка (рис. 1.3) содержит модель

реального объекта 1, выполненную из оргстекла, с патрубками подвода 2 и отвода 3 оптически активной жидкости, насоса 4, обеспечивающего циркуляцию этой жидкости, источник поляризованного света 5 и ЛДА 6.

При работе установки через модель прокачивается опти-

чески активная жидкость, коллоидные частицы которой в поляризованном свете становятся видимыми и их перемещение

ГЛАВА I. Оптически активная жидкость. Описание процесса визуализации

визуализирует картину течения в тракте модели, определяют характерные зоны течения, устанавливают их форму, размеры, границы, намечают точки траверсирования потока и с помощью ЛДА зондируют поперечное сечение канала. На основе полученной информации оптимизируют проточную часть.

Разработанная установка отличается от существующих визуализационных стендов компактностью, четкостью линий тока жидкости, возможностью получения качественных фотографий исследуемых объектов. При этом, благодаря отсутствию трэковых примесей, исключается искажение картины течения потока. Одновременные наблюдения картины течения и измерение гидродинамических характеристик позволяет исследовать и нестационарные потоки, например, в камерах сгорания, смесителях и т. п. Кроме того, за счет визуального определения характерных зон течения, повышается информативность и уменьшается объем замеров ЛДА. Все это снижает стоимость и продолжительность оптимизации проточных частей.

Внедрение стенда позволило обеспечить рациональное профилирование рабочего тракта турбомашин, камер сгорания,

Рис. 1.3. Установка для оптимизации проточных частей элементов энергетического

оборудования

1.6. Примеры визуализации потоков

теплообменников и иных устройств, работа которых зависит от движения жидкости.

1.6. Примеры визуализации потоков

В монографии представлены фотографии результатов визу-

ализации потоков в различных каналах технических устройств выполненные авторами (рис. 1.4—1.15), а также предоставленные Л. А. Федосеевым.

Исследованные режимы течений охватывают, обыкновен-

но, ламинарную, переходную и развитую турбулентную области. Наблюдение и анализ картин течений, помимо эстетической привлекательности, имеет и сугубо практический смысл.

Рис. 1.4. Течение в канале с волнообразными стенками: а, б, в – варианты

режимов течения с последовательным уменьшением расхода

ГЛАВА I. Оптически активная жидкость. Описание процесса визуализации

Рис. 1.5. Вариант организации течения с поворотом на 180 градусов в коллекторе

теплообменного аппарата

Рис. 1.6. Течение в шаровой насадке теплообменного аппарата

1.6. Примеры визуализации потоков

В зависимости от целей исследований может быть проверена достоверность теоретических расчетов профилей каналов или получены опытные константы к математическим моделям течений. Могут решаться задачи как борьбы с отрывными течениями и застойными зонами (с целью, например, снижения гидравлических потерь и шумов, устранения зон пониженного тепло- и массообмена и т. п.), так и определения зон турбулизации потока в интересах интенсификации процессов теплои массообмена.

Рис. 1.7. Течение в различных

каналах матричного

теплообменника