Физическая и математическая модели рабочего процесса вихревой трубы (1240,80 руб.)

Стр.2

Стр.3

Стр.4

УДК 533.601.16 ББК 22.253.315 К89 Рецензенты: В. М. Лебедев, д.т.н., профессор, профессор кафедры «Теплоэнергетика» ОмГУПС, заслуженный энергетик РФ; Н. С. Галдин, д.т.н., профессор, зав. кафедрой «Гидромеханика» СибАДИ Кузнецов, В. И. К89 Физическая и математическая модели рабочего процесса вихревой трубы : монография / В. И. Кузнецов, В. В. Макаров ; Минобрнауки России, ОмГТУ. – Омск : Изд-во ОмГТУ, 2018. – 232 с. : ил. ISBN 978-5-8149-2671-5 Описан эффект Ранка, разработаны физическая и математическая модели рабочего процесса вихревой трубы. Доказано, что количество удельной работы, совершаемой осевыми слоями газа над периферийными в вихревой трубе, определяется полной температурой подогретого потока, отношением полных давлений подогретого и охлажденного потоков газа, а также их теплофизическими свойствами. Книга рассчитана на научных и инженерно-технических работников, УДК 533.601.16 ББК 22.253.315 занимающихся исследованием вихревого эффекта и разработкой новых конструкций вихревых труб, а также на студентов, изучающих курс аэрогазодинамики. Омского государственного технического университета. Протокол № 11 от 26.06.2018 г. Печатается по решению научно-технического совета ISBN 978-5-8149-2671-5 2 © ОмГТУ, 2018

Стр.2

ОГЛАВЛЕНИЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ ................................................................................... 5 ВВЕДЕНИЕ ............................................................................................................................. 7 1. ФИЗИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ЭФФЕКТА РАНКА .............................................................. 8 2. ТЕЧЕНИЕ ГАЗА В СОПЛОВОМ СЕЧЕНИИ ................................................................. 9 3. УЧЕТ ВЯЗКОСТИ В ПОТОКЕ ГАЗА ........................................................................... 17 4. РАСЧЕТ ЭНЕРГООБМЕНА МЕЖДУ ОСЕВЫМ И ПЕРИФЕРИЙНЫМ ПОТОКАМИ ГАЗА В ПРОТИВОТОЧНОЙ ВИХРЕВОЙ ТРУБЕ ............................. 18 5. РАСЧЕТ ТЕПЛООБМЕНА В ВИХРЕВОЙ ТРУБЕ ..................................................... 19 6. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ДЛЯ РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ ГАЗА В ПРОТИВОТОЧНОЙ ВИХРЕВОЙ ТРУБЕ ................................................................ 29 7. ЭНЕРГООБМЕН В ВИХРЕВОЙ ТРУБЕ СИЛАМИ ВЯЗКОСТИ .............................. 42 8. КРИТЕРИАЛЬНАЯ БАЗАВИХРЕВОГО ЭФФЕКТА РАНКА ................................... 48 9. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПРОЦЕССА ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО РАЗДЕЛЕНИЯ ГАЗА В ПРОТИВОТОЧНОЙ ВИХРЕВОЙ ТРУБЕ .......................... 54 10. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВИХРЕВОЙ ТРУБЫ С ДОПОЛНИТЕЛЬНЫМ ПОТОКОМ ........................................................................ 61 10.1. Метод визуализации газового потока ................................................................. 61 10.2. Описание экспериментальной установки .......................................................... 63 10.3. Методика проведения экспериментального исследования .............................. 67 10.4. Погрешность замера параметров ........................................................................ 68 10.5. Результаты экспериментального исследования ................................................. 70 10.6. Выводы по главе 7 ................................................................................................ 88 11. ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ ПРОТИВОТОЧНОЙ ВИХРЕВОЙ ТРУБЫ И ВЛИЯНИЕ НЕАДИАБАТНОСТИ НА ИХ ВЕЛИЧИНУ ...................................... 88 11.1. Виды воздействий на газ в вихревой трубе ....................................................... 88 11.2. Возможные профили рабочей камеры вихревой трубы ................................... 89 11.3. Расчет основных параметров гиперболы, огибающей линии вращающегося потока газа на выходе из тангенционального сопла ............ 103 11.4. Вид кривой второго порядка, описывающей образующую линию вращающегося потока газа на выходе из диафрагмы охлажденного потока ................................................................................................................... 109 11.5. Расчет основных параметров гиперболы, огибающей линии вращающегося потока на выходе из диафрагмы ............................................. 116 11.6. Математическая модель охлаждаемой противоточной вихревой трубы ................................................................................................... 125 3

Стр.3

12. НЕАДИАБАТНЫЕ ВИХРЕВЫЕ ТРУБЫ, РАБОТАЮЩИЕ НА ГАЗАХ, ПОДЧИНЯЮЩИХСЯ ОСНОВНЫМ ЗАКОНАМ ГАЗОВОЙ ДИНАМИКИ ............ 142 12.1. Анализ состояния вопроса и постановка задачи исследования .................... 143 12.1.1. Вихревые трубы для охлаждения и нагревания .................................. 145 12.2. Физические модели неадиабатной вихревой трубы, работающей на газе, подчиняющей основным законам газовой динамики .................................... 150 12.3. Математическая модель неадиабатной (охлаждаемой) вихревой трубы................................................................................................... 151 12.4. Методика расчета оптимальных параметров неадиабатной (охлаждаемой) вихревой трубы ........................................................................ 165 12.5. Результаты расчета оптимальных параметров неадиабатной вихревой трубы................................................................................................... 182 ЗАКЛЮЧЕНИЕ.................................................................................................................. 185 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК .............................................................................. 187 I. МЕТОДИКА РАСЧЕТА ОПТИМАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ ПРОТИВОТОЧНОЙ ВИХРЕВОИ ТРУБЫ ................................................................. 189 II. МЕТОДИКА РАСЧЕТА ГАЗОДИНАМИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПРОТИВОТОЧНОЙ ВИХРЕВОЙ ТРУБЫ ПО ГЕОМЕТРИЧЕСКИМ РАЗМЕРАМ ................................................................................................................... 201 III. МЕТОДИКА РАСЧЕТА ОПТИМАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ НЕАДИАБАТНОЙ (ОХЛАЖДАЕМОЙ) ПРОТИВОТОЧНОЙ ВИХРЕВОЙ ТРУБЫ, РАБОТАЮЩЕЙ НА ГАЗЕ, ПОДЧИНЯЮЩЕМСЯ ОСНОВНЫМ ЗАКОНОМ ГАЗОВОЙ ДИНАМИКИ ...... 212 4

Стр.4