Общая картина движения газа в циклонной камере

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ

по дисциплине__ Гидрогазодинамика ____________________________

студенту_________ ВШЭНиГ _______курса__ 2 ___группы___ 263503 __

 

___________________Силенок Елене Витальевне_______________________

 

Тема: __ Аэродинамика циклонной камеры__ __________________________

Вариант №___ 13 ________________________________________________

 

Исходные данные: Геометрические и режимные характеристики циклонной_____камеры

Наименование параметра	Обозначение	Величина	Размерн
Диаметр камеры	Dк	0,310	м
Длина камеры		1,55	безразм
Относительная площадь входа		0,0477	безразм
Высота входного канала		0,0645	безразм
Диаметр выходного отверстия		0,3	безразм
Шероховатость боковой поверхности камеры			безразм
Температура воздуха на входе	Tвх	299,45	К
Барометрическое давление	В	771,2	мм.рт.ст.
Избыточное статистическое давле­ние во входных каналах	Рс.вх.	369,6	мм.вод.ст.
Избыточное статистическое давле­ние на боковой поверхности камеры	Рc.ст.	354,9	мм.вод.ст.
Скорость воздуха на входе	Vвх	25,86	м/с

 

Срок выполнения работы с____ январь ____2017 г. по ___ июнь __2017г.

Руководитель проекта_____________ Леухин Ю.Л. _ «___»____________2017 г.

(подпись) (Фамилия И.О.) (Дата)

 

 

Вариант №13

Результаты аэродинамических измерений в рабочем объеме

N	jº	А1, мм вод ст	А2, мм вод ст	, мм
	-7
	-6,5
	-3,5
	-2,5
	-5
	-5,5
	-6,5
	-6,5
	-6,5
	-5
	-5
	-0,5			7,5
	2,3			7,5
				7,5
				7,5
				7,5
				7,5
				7,5
				7,5
	3,5			7,5
				2,5
	2,5			7,5
				7,5
	-3,5		-34	7,5
	-11,5		-113	7,5
	-17,5		-145	4,5

Коэффициент трехзначного цилиндрического зонда: К_ц=0,985; К_ц-К_б=1,231

 

 

ЛИСТ ДЛЯ ЗАМЕЧАНИЙ

 

 

 

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

1 ОБЩАЯ КАРТИНА ДВИЖЕНИЯ ГАЗА В ЦИКЛОННОЙ КАМЕРЕ.. 6

2 ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО СТЕНДА И МЕТОДИКИ ИЗМЕРЕНИЙ.. 15

2.1 Описание экспериментального стенда. 15

2.2 Методики измерений. 16

3 РАСЧЕТ РАСПРЕДЕЛЕНИЙ СКОРОСТЕЙ И ДАВЛЕНИЙ В ЦИКЛОННОЙ КАМЕРЕ. 21

4 РАСЧЕТ РАСПРЕДЕЛЕНИЙ СКОРОСТЕЙ И ДАВЛЕНИЙ ПО МЕТОДИКЕ АЭРОДИНАМИЧЕСКОГО РАСЧЕТА.. 25

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.. 31

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ.. 32

ПРИЛОЖЕНИЕ А.. 33

ПРИЛОЖЕНИЕ Б.. 34

ПРИЛОЖЕНИЕ В.. 35

ПРИЛОЖЕНИЕ Г.. 36

ПРИЛОЖЕНИЕ Д.. 37

ПРИЛОЖЕНИЕ Е.. 38

ПРИЛОЖЕНИЕ Ж... 39

ПРИЛОЖЕНИЕ З. 40

 

 

ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО СТЕНДА И МЕТОДИКИ ИЗМЕРЕНИЙ

 

Методики измерений

1) Измерение скоростей и давлений в объёме циклонной камеры

В настоящей работе для аэродинамических измерений в закрученном циклонном потоке использованы комбинированные пневмометрические насадки - зонды, позволяющие производить замеры полного и статического давлений, полной скорости и ее компонент, а также углов скоса потока (рисунок 6).

Рисунок 6 - Углы скоса потока

 

Трехканальные цилиндрические зонды применяются для исследования практически плоского потока. Приближенно циклонный поток в пределах его ядра можно рассматривать как плоский.

Схема подключения к измерительным приборам показана на рисунке 7.

Рисунок 7 - Трёхканальный цилиндрический

зонд и схема его подключения к измерительным

приборам

 

Насадок 3 имеет три отверстия диаметром 0,3÷0,4мм, находящиеся на его боковой поверхности в одной плоскости, перпендикулярной оси зонда, на определенном расстоянии (не менее 2d) расстоянии от торца. Боковые отверстия по отношению к центральному располагаются симметрично, причем угол между их осями должен составлять 90-100°. Боковые отверстия соединяются с измерительными штуцерами импульсными трубками, центральное - через полость державки зонда.

После этого непосредственно приступают к производству замеров. По дифференциальному водяному манометру 1 (рисунок 7) отсчитывают перепад давления А₁, между центральным и одним из боковых отверстий, пропорциональный напору в данной точке потока, а по дифманометру 2 (рисунок 7) - полный напор А₂. Угол скоса поток φ определяют по лимбу координатника с ценой деления 1°. Полученные данные позволяют определить полную скорость потока и ее тангенциальную (вращательную) и осевую составляющие, а также статическое давление.

 

2) Измерение расхода воздуха

Используемый в работе метод измерения расхода воздуха основан на определении среднеинтегральной по поперечному сечению трубопровода скорости течения. Последнее предполагает знание экспериментального профиля скоростей в измерительном сечении.

Для измерения скоростей потока используют комбинированные пневмометрические насадки - трубку Пито-Прандтля, позволяющую определить в данной точке замера полное Р _п и статическое Р _с давления, а также динамический напор Р _д, пропорциональный по уравнению Бернулли величине скорости.

Напорную трубку устанавливают вдоль оси трубопровода, причем центральное приемное отверстие должно быть расположено против потока. Перемещая насадок по радиусу канала, производят замеры в различных точках поперечного сечения. Отсчет динамического напора производят по дифференциальному жидкостному микроманометру с наклонной шкалой 8 типа ММН-240, избыточного статического давления - по дифманометру 14.

В общем случае средняя скорость потока , м/с, может быть рассчитана следующим образом

где , - соответственно радиус точки замера и значение скорости на данном радиусе;

R - радиус трубопровода.

Наиболее часто применяют способ определения V_ср, который заключается в следующем. Площадь поперечного мерного сечения трубопровода условно разбивают на n равновеликих кольцевых площадок (рисунок 8). В свою очередь каждая из них делится на две равные по площади части. Окружность, разделяющая равные части кольца, на рисунке 8 показана штрихпунктиром. На этих окружностях измеряют скорость потока, которая является средней для каждой из выделенных кольцевых площадок. (Точки замера скорости на рисунке обозначены 1, 2, 3.)

Рисунок 8 - Разбивка площади поперечного сечения

трубопровода на равновеликие кольцевые площадки

 

Среднеарифметическое значение измеренных в точках 1, 2, 3,..., n средних скоростей V_i каждого из равновеликих по площади колец будет являться средним значением скорости потока в трубопроводе V_ср (м/с)

 

где n - число точек замера.

Координаты точек замера скоростей, отсчитываемые от стенок трубопровода, определяют по формуле (выведенной из условия равенства кольцевых площадок)

где z - номера окружностей точек замера;

N - число кольцевых площадок.

Знак минус (-) в формуле (7) берется при расчете , лежащих ниже оси трубопровода, знак плюс (+) - выше оси трубопровода.

Число кольцевых площадок, исходя из обеспечения приемлемой точности измерения расхода, рекомендуется выбирать не менее трех.

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

В процессе выполнения курсовой работы была изучена общая картина движения газа в циклонной камере, произведены расчеты распределений скоростей и давлений в циклонной камере, а также произведены расчеты данных величин по методике аэродинамического расчета. Построены графики распределений безразмерных скоростей по радиусу циклонной камеры, полного и статического давлений; сопоставлены расчетные данные с опытными.

 

 

ПРИЛОЖЕНИЕ А

Таблица 1 – Исходные данные

			КУРСОВАЯ РАБОТА
			студент	-	Силенок Елена Витальевна
			курс	-
			группа	-
			вариант	-
	Коэффициент Кц	-	0,985
	Коэффициент Кц-б	-	1,231
	Диаметр камеры Dk, м	-	0,31
Длина камеры Lk (безр.)	-	1,55
Отн. площадь входа fвх (безр.)	-	0,0477
Отн. высота шлицев hвх (безр.)	-	0,0645
Диаметр вых. отверстия dвых (безр.)	-	0,3
Шероховатость камеры del (безр.)	-
Изб. стат. давление во входных каналах
	Рс.вх, мм.вод.ст.		-	369,6
Изб. стат. давление на боковой поверхности
	Рс.ст, мм.вод.ст.		-	354,9
Температура на входе tвх, град. С	-	26,3
Скорость воздуха на входе Vвх, м/с	-	25,86
Барометрическое давление В, мм.рт.ст.	-	771,2
Введите число опытов N	-
	ПАРАМЕТРЫ ТОЧЕК
N	Y	A1	A2	УГОЛ
				-7
				-6,5
				-3,5
				-2,5
				-5
				-5,5
				-6,5
				-6,5
				-6,5
				-5
				-5
	7,5			-0,5
	7,5			2,3
	7,5
	7,5
	7,5
	7,5
	7,5
	7,5
	7,5			3,5
	2,5
	7,5			2,5
	7,5
	7,5		-34	-3,5
	7,5		-113	-11,5
	4,5		-145	-17,5

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

Таблица 2 – Расчёт распределений скоростей и давлений в циклонной камере, определение основных аэродинамических характеристик.

N	Pc	r	V	ŵx	ŵφ	ρвх	Рс_	Рп_	Рс.ст._	Рс.вх._	ζ	νвх	Reвхавт	Reвх
	347,993	1,2365	24,0799	-0,1135	0,9242	1,2390	8,2376	9,0900	8,40115	8,749	9,7491	0,0000149
	350,788	1,2368	30,8751	-0,1352	1,1863	1,2390	8,3038	9,7055	8,40115	8,749	9,7491	0,0000149
	350,988	1,2368	31,0827	-0,0734	1,1997	1,2390	8,3085	9,7291	8,40115	8,749	9,7491	0,0000149
	350,188	1,2368	30,2436	-0,0510	1,1684	1,2390	8,2896	9,6345	8,40115	8,749	9,7491	0,0000149
	345,19	1,2362	28,0394	-0,0945	1,0802	1,2390	8,1713	9,3267	8,40115	8,749	9,7491	0,0000149
	341,591	1,2358	27,3458	-0,1014	1,0526	1,2390	8,0861	9,1847	8,40115	8,749	9,7491	0,0000149
	339,391	1,2355	27,1118	-0,1187	1,0417	1,2390	8,0340	9,1137	8,40115	8,749	9,7491	0,0000149
	335,191	1,2350	26,8781	-0,1177	1,0327	1,2390	7,9346	8,9953	8,40115	8,749	9,7491	0,0000149
	332,191	1,2347	26,8819	-0,1177	1,0328	1,2390	7,8636	8,9243	8,40115	8,749	9,7491	0,0000149
	329,391	1,2344	27,1243	-0,0914	1,0449	1,2390	7,7973	8,8770	8,40115	8,749	9,7491	0,0000149
	323,19	1,2337	28,0680	-0,0946	1,0813	1,2390	7,6505	8,8059	8,40115	8,749	9,7491	0,0000149
	315,189	1,2328	29,2064	-0,0099	1,1294	1,2390	7,4611	8,7112	8,40115	8,749	9,7491	0,0000149
	306,188	1,2317	31,3541	0,0487	1,2115	1,2390	7,2480	8,6876	8,40115	8,749	9,7491	0,0000149
	295,386	1,2305	33,5633	0,0679	1,2961	1,2390	6,9923	8,6402	8,40115	8,749	9,7491	0,0000149
	280,383	1,2288	36,3670	0,0245	1,4061	1,2390	6,6372	8,5692	8,40115	8,749	9,7491	0,0000149
	260,58	1,2265	39,9723	0,0270	1,5455	1,2390	6,1684	8,4982	8,40115	8,749	9,7491	0,0000149
	234,376	1,2235	43,7518	0,0590	1,6908	1,2390	5,5481	8,3325	8,40115	8,749	9,7491	0,0000149
	203,372	1,2200	47,3947	0,0000	1,8327	1,2390	4,8142	8,0721	8,40115	8,749	9,7491	0,0000149
	158,768	1,2149	50,4399	0,0681	1,9493	1,2390	3,7583	7,4330	8,40115	8,749	9,7491	0,0000149
	112,167	1,2096	51,4546	0,1215	1,9860	1,2390	2,6552	6,4624	8,40115	8,749	9,7491	0,0000149
	90,7677	1,2072	51,2497	0,1037	1,9791	1,2390	2,1486	5,9180	8,40115	8,749	9,7491	0,0000149
	27,9724	1,2000	47,5097	0,0801	1,8354	1,2390	0,6622	3,8822	8,40115	8,749	9,7491	0,0000149
	-41,222	1,1921	42,3198	0,0000	1,6365	1,2390	-0,9758	1,5623	8,40115	8,749	9,7491	0,0000149
	-98,013	1,1856	32,7884	-0,0774	1,2656	1,2390	-2,3202	-0,8048	8,40115	8,749	9,7491	0,0000149
	-139,41	1,1809	21,1008	-0,1627	0,7996	1,2390	-3,3000	-2,6749	8,40115	8,749	9,7491	0,0000149
	-157	1,1789	14,2383	-0,1656	0,5251	1,2390	-3,7165	-3,4324	8,40115	8,749	9,7491	0,0000149

 

ПРИЛОЖЕНИЕ В

Расчет аэродинамики циклонной камеры

Рисунок 9 – Расчет аэродинамики циклонной камеры

 

 

ПРИЛОЖЕНИЕ Г

 

Таблица 3 – Данные для графиков

N п/п	r/rjm	r,мм	ŵx	ŵφ	Рс	Рп	r/rjm	Wj	Pc_
								0,0000	-3,9843
			0,000	0,000			0,1	0,3692	-3,8391
	3,924051		-0,113	0,924	8,238	9,090	0,2	0,6769	-3,4678
	3,848101		-0,135	1,186	8,304	9,705	0,3	0,9373	-2,9418
	3,721519		-0,073	1,200	8,309	9,729	0,4	1,1605	-2,3096
	3,594937		-0,051	1,168	8,290	9,634	0,5	1,3539	-1,6044
	3,468354		-0,095	1,080	8,171	9,327	0,6	1,5231	-0,8498
	3,341772		-0,101	1,053	8,086	9,185	0,7	1,6724	-0,0625
	3,21519		-0,119	1,042	8,034	9,114	0,8	1,8052	0,7451
	3,088608		-0,118	1,033	7,935	8,995	0,9	1,9239	1,5643
	2,962025		-0,118	1,033	7,864	8,924		2,0308	2,3884
	2,835443		-0,091	1,045	7,797	8,877	1,1	1,9341	3,1377
	2,708861		-0,095	1,081	7,651	8,806	1,2	1,8462	3,7595
	2,518987	99,5	-0,010	1,129	7,461	8,711	1,3	1,7659	4,2817
	2,329114		0,049	1,211	7,248	8,688	1,4	1,6923	4,7249
	2,139241	84,5	0,068	1,296	6,992	8,640	1,5	1,6247	5,1044
	1,949367		0,025	1,406	6,637	8,569	1,6	1,5622	5,4322
	1,759494	69,5	0,027	1,545	6,168	8,498	1,7	1,5043	5,7172
	1,56962		0,059	1,691	5,548	8,332	1,8	1,4506	5,9668
	1,379747	54,5	0,000	1,833	4,814	8,072	1,9	1,4006	6,1865
	1,189873		0,068	1,949	3,758	7,433		1,3539	6,3811
		39,5	0,121	1,986	2,655	6,462	2,1	1,3102	6,5542
	0,936709		0,104	1,979	2,149	5,918	2,2	1,2693	6,7090
	0,746835	29,5	0,080	1,835	0,662	3,882	2,3	1,2308	6,8479
	0,556962		0,000	1,636	-0,976	1,562	2,4	1,1946	6,9731
	0,367089	14,5	-0,077	1,266	-2,320	-0,805	2,5	1,1605	7,0863
	0,177215		-0,163	0,800	-3,300	-2,675	2,6	1,1282	7,1890
	0,063291	2,5	-0,166	0,525	-3,717	-3,432	2,7	1,0977	7,2825
							2,8	1,0688	7,3679
							2,9	1,0414	7,4460
								1,0154	7,5177
							3,1	0,9906	7,5837
Укажите значение r, при котором ŵφ максимальна	r = 39,5

 

 

ПРИЛОЖЕНИЕ Д

Рисунок 10 - График распределения безразмерных тангенсальных и осевых скоростей по радиусу циклонной камеры

 

ПРИЛОЖЕНИЕ Е

 

Рисунок 11 - График распределения полного и статического

давления по радиусу циклонной камеры

 

ПРИЛОЖЕНИЕ Ж

 

Рисунок 12 – График распределения вращательной составляющей

скорости в циклонной камере и ее сопоставление с опытными данными.

 

 

ПРИЛОЖЕНИЕ З

Рисунок 13 - График распределения статического давления в

циклонной камере и его сопоставление с опытными данными

 

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ

по дисциплине__ Гидрогазодинамика ____________________________

студенту_________ ВШЭНиГ _______курса__ 2 ___группы___ 263503 __

 

___________________Силенок Елене Витальевне_______________________

 

Тема: __ Аэродинамика циклонной камеры__ __________________________

Вариант №___ 13 ________________________________________________

 

Исходные данные: Геометрические и режимные характеристики циклонной_____камеры

Наименование параметра	Обозначение	Величина	Размерн
Диаметр камеры	Dк	0,310	м
Длина камеры		1,55	безразм
Относительная площадь входа		0,0477	безразм
Высота входного канала		0,0645	безразм
Диаметр выходного отверстия		0,3	безразм
Шероховатость боковой поверхности камеры			безразм
Температура воздуха на входе	Tвх	299,45	К
Барометрическое давление	В	771,2	мм.рт.ст.
Избыточное статистическое давле­ние во входных каналах	Рс.вх.	369,6	мм.вод.ст.
Избыточное статистическое давле­ние на боковой поверхности камеры	Рc.ст.	354,9	мм.вод.ст.
Скорость воздуха на входе	Vвх	25,86	м/с

 

Срок выполнения работы с____ январь ____2017 г. по ___ июнь __2017г.

Руководитель проекта_____________ Леухин Ю.Л. _ «___»____________2017 г.

(подпись) (Фамилия И.О.) (Дата)

 

 

Вариант №13

Результаты аэродинамических измерений в рабочем объеме

N	jº	А1, мм вод ст	А2, мм вод ст	, мм
	-7
	-6,5
	-3,5
	-2,5
	-5
	-5,5
	-6,5
	-6,5
	-6,5
	-5
	-5
	-0,5			7,5
	2,3			7,5
				7,5
				7,5
				7,5
				7,5
				7,5
				7,5
	3,5			7,5
				2,5
	2,5			7,5
				7,5
	-3,5		-34	7,5
	-11,5		-113	7,5
	-17,5		-145	4,5

Коэффициент трехзначного цилиндрического зонда: К_ц=0,985; К_ц-К_б=1,231

 

 

ЛИСТ ДЛЯ ЗАМЕЧАНИЙ

 

 

 

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

1 ОБЩАЯ КАРТИНА ДВИЖЕНИЯ ГАЗА В ЦИКЛОННОЙ КАМЕРЕ.. 6

2 ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО СТЕНДА И МЕТОДИКИ ИЗМЕРЕНИЙ.. 15

2.1 Описание экспериментального стенда. 15

2.2 Методики измерений. 16

3 РАСЧЕТ РАСПРЕДЕЛЕНИЙ СКОРОСТЕЙ И ДАВЛЕНИЙ В ЦИКЛОННОЙ КАМЕРЕ. 21

4 РАСЧЕТ РАСПРЕДЕЛЕНИЙ СКОРОСТЕЙ И ДАВЛЕНИЙ ПО МЕТОДИКЕ АЭРОДИНАМИЧЕСКОГО РАСЧЕТА.. 25

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.. 31

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ.. 32

ПРИЛОЖЕНИЕ А.. 33

ПРИЛОЖЕНИЕ Б.. 34

ПРИЛОЖЕНИЕ В.. 35

ПРИЛОЖЕНИЕ Г.. 36

ПРИЛОЖЕНИЕ Д.. 37

ПРИЛОЖЕНИЕ Е.. 38

ПРИЛОЖЕНИЕ Ж... 39

ПРИЛОЖЕНИЕ З. 40

 

 

ОБЩАЯ КАРТИНА ДВИЖЕНИЯ ГАЗА В ЦИКЛОННОЙ КАМЕРЕ

 

Циклонная камера (рис. 1) представляет собой цилиндр, тангенциально к внутренней поверхности которого вводится газ или жидкость. Число а и местоположение Х_вх вводов (шлицев или сопел) может быть различным и определяется технологическим назначением циклонного аппарата.

Рисунок 1 – Схематический чертеж циклонной камеры и

основные обозначения; 1 - ядро потока; 2 – периферийная

(пристенная) зона; 3 - приторцевая зона

 

Основными относительными характеристиками циклонной камеры, являются: суммарная площадь входа , диаметр выходного отверстия , длина рабочего объема , высота шлицев (сопел) , местоположение входных шлицев , (координата отсчитывается от глухого торца рабочего объема камеры), шероховатость поверхности рабочего объема .

Вывод газов из рабочего объема циклонной камеры, осуществляется через соосное с ним выходное отверстие в одном из торцов. Для обычных циклонных камер характерна диафрагмированность выхода и сравнительно небольшая относительная длина (.

Поле скоростей потока в циклонных камерах отличается сложностью и пространственностью. В любой точке поля сектор скорости можно разделить на три составляющие: тангенциальную (вращательную) ω_φ, осевую (продольную) ω_х и радиальную ω_z (риcунок 1). В общем случае соотношение между этими компонентами может быть различным по величине в зависимости от местоположения рассматриваемой точки поля скоростей и геометрии циклонной камеры. По характеру изменения компонент скорости потока весь рабочий объем циклонной камеры можно разделить на три основные области: осесимметричное ядро потока (1), приторцевые зоны течения (2) и периферийную (пристенную) зону (3).

Ядро потока занимает основную часть рабочего объема камеры. Внешней границей ядра потока является цилиндрическая поверхность, радиус которой r_я может быть найден из условия максимума момента количества движения. С торцевых поверхностей ядро потока ограничено зоной интенсивных радиальных течений, где наблюдается падение вращательной составляющей скорости и значительное повышение радиальной компоненты. В пределах ядра потока тангенциальная (вращательная) составляющая имеет наибольшую из всех трех компонент величину. В соответствии с характером ее распределения по радиусу можно выделить две зоны: зону возрастания скорости при уменьшении радиуса (квазипотенциальную зону) и зону ее падения по мере приближения к центру камеры (зону квазитвердого вращения). Зоны разделены сравнительно небольшим по радиальной протяженности переходным участком. Размеры зон возрастания и падения тангенциальной составляющей, так же как протяженность переходного участка и общий уровень вращательной скорости, определяются геометрией циклонной камеры.

Рисунок 2 – Распределение вращательной составляющей

скорости, статического и полного давлений в циклонной камере

 

При двухстороннем и более вводе газа течение в ядре практически осесимметрично. Аэродинамическая ось потока совпадает с осью камеры. Вращательная составляющая скорости в ядре потока значительно превышает другие компоненты скорости, поэтому основным видом движения считают вращательное. С этой точки зрения, в первом приближении, движение газа в ядре можно считать плоским и отнести к категории равномерных осесимметричных относительно оси вращения или круговых. При равномерном движении по окружности радиуса r равнодействующая сил dF (центростремительная), действующих на элемент жидкости, направлена к центру окружности и должна быть равна по модулю

 

где - линейная (тангенциальная, вращательная) скорость движения элемента;

m - масса элемента.

Если исключить из рассмотрения вследствие их относительной малости силы трения, обусловленные вязкостью, и условие равновесия рассматривать применительно к единице объема среды, то можно считать, что равнодействующей (центростремительной) силой в ядре циклонного потока будет являться радиальный градиент давления. Следовательно, условие существования кругового течения, или условие радиального равновесия потока, в рассматриваемом случае будет определяться уравнением

 

Статистическое и полное давления максимальны на внешней границе ядра потока и падают по направлению от стенки к оси камеры. В приосевой области при определенных условиях статистическое и полное давления потока могут быть ниже атмосферного.

В периферийной (пристенной) зоне, так же как и в ядре, вращательная составляющая является наибольшей из всех компонент. Профиль в этой области не осесимметричен и непрерывно перестраивается по мере продвижения потока у вогнутой поверхности рабочего объема. Начальное распределение - распределение на выходе из входного шлица (сопла) - зависит от характера течения потока внутри и вне его. Сложность течения определяется тем, что выходящая струя в рабочем объеме взаимодействует сразу и со спутным, вращающимся относительно оси камеры потоком, и с вогнутой цилиндрической стенкой камеры. Взаимодействие струи со стенкой приводит к закручиванию потока. Частицы среды вблизи стенки начинают двигаться по спиральным траекториям, причем направление вектора их скорости в пристенном слое струи определяется совокупным влиянием, например, положения рассматриваемого канала относительно других каналов и торцевых поверхностей рабочего объема, интенсивностью торцевых перетечек, которые в свою очередь зависят практически от всех геометрических характеристик камеры.

Особенности течения потока в приторцевых областях циклонных камер связаны с подтормаживающим действием торцевых поверхностей. Вблизи торцевых поверхностей вращательная составляющая скорости уменьшается, и появляется интенсивное радиальное течение, направленное к центру камеры со скоростью, которая обуславливает появление сил трения, компенсирующих возникшее нарушение динамического равновесия в рассматриваемой области. Статическое давление поперек этой области практически не изменяется на всех радиусах.

Условия стока, неравномерность распределения вращательных скоростей потока по длине рабочего объема, обусловленная геометрией камеры и трением потока о стенки, а также имеющееся в некоторых случаях разрежение в приосевой зоне определяют довольно сложное поле осевых скоростей в циклонных устройствах. На риcунке 3 приведены условные распределения осевой компоненты скорости по радиусу в рабочем объеме и соответствующие им схемы осевых потоков.

За положительное направление осевой скорости здесь и далее принимается направление к выходу из камеры, за отрицательное - направление к глухому торцу. На рисунке 3 видно, что входящий в камеру поток разделяется на два, один из которых направляется к выходному торцу, а другой - к глухому.

Рисунок 3 - Распределение ω_х и схемы осевых движений

потока в циклонной камере: 1 - периферийный прямой вихрь;

2 - кольцевой обратный вихрь; 3 - выходной вихрь;

4 - периферийный обратный вихрь; 5 - осевой обратный вихрь

 

Основная часть массы газа потоков интенсивными радиальными перетечками переносится к центральным областям рабочего объема. Вблизи приосевой зоны от глухого торца поток газа направляется к выходному отверстию, к нему в приторцевой области у выходного отверстия присоединяется часть газа, переносимая радиальным течением у выходного торца. Этот радиальный поток, взаимодействуя с выходным, частично ответвляется, образуя небольшое кольцевое обратное течение газов. Оно появляется в результате имеющегося здесь разрежения и подсоса газов и зарождается вне рабочего объема камеры. Проникнув внутрь камеры на определенную глубину, массы газа, подсасываемые извне, присоединяются к выходному течению. Вращательное движение центрального обратного потока, в отличие от всех других вышерассмотренных, является индуцированным.

Размеры, радиальная протяженность и мощность рассмотренных закрученных осевых потоков могут быть различными и зависят от геометрических характеристик циклонной ка