Рассмотрен новый способ и устройство для генерации волн и вибрации технологических сжимаемых сред при распределении в малом зазоре с образованием стоячих волн разрежения и сжатия. Формирование кольцевых зон разрежения в зазоре является предпосылкой для создания систем сопло–зазор–пластина и их полезной применимости в промышленности
безотрывное течение, зоны разрежения, зоны давления, зазор, размеры кольцевых зон, сопло, скачок уплотнения, стоячие волны
Созданы новые способы и устройства, основанные на формировании стоячих волн, исследованных Генрихом Наумовичем Абрамовичем [1], обусловленных волновой природой течения сверхзвукового потока в малом зазоре при подаче сжимаемых сред через перпендикулярное к пластинам сопло.
|
Рис. Общий вид генератора вибрации и пульсации потока |
Рассмотрим устройство и принцип работы генератора вибрации и пульсации потока сжимаемой среды [2]. Генератор, показанный на рисунке, содержит корпус 1 с пластиной 2 и соплом 3, резонаторную камеру 4 с резонаторным отверстием 5 и не менее трех сапунов 15 диаметром d1 равномерно расположенных по окружности в пределах зоны давления 16 шириной b2. Пластина 2 кромкой 8 крепится винтами 6 через втулку 7 с зазором 9. Ширина b резонаторного отверстия 5 меньше ширины b1 кольцевой зоны вакуума 13. Диаметры d1 сапунов 15 не превышают ширины b2 зоны давления 16. Суммарная площадь сечения сапунов 15 меньше площади сечения резонаторного отверстия 5 выполнена для того, чтобы в резонаторной камере не создавалось избыточное давление за счет подсоса воздуха из зоны 16. Величина зазора 9 принимается в пределах 1/12÷1/16 диаметра сопла 3. Генератор вибрации и пульсации потока сжимаемой среды испытывался с применением латунной пластины 2 толщиной 2 мм и диаметром 80 мм. Диаметр сопла 3 составлял d=4 мм, а диаметр сапунов – d1=3 мм. Радиус резонаторной камеры 4 составлял R=15 мм, а ее высота H=6 мм. Зазор между корпусом и пластиной h=0,3 мм. Вибрация пластины 2 наблюдалась при диапазоне давления сжатого воздуха в пределах 2÷3,5 кг/см2.
Поток 10 под давлением проходит через сопло 3, срывается с кромки 8 сопла 3 и разворачивается в зазор 9. Согласно закону Бернулли, увеличение скорости расходящегося потока в зоне сужения 11 образует зону вакуума 12 в центре сопла 3, кольцевую зону вакуума 13 со стороны корпуса 1 и кольцевую зону вакуума 14 со стороны пластины 2. В зонах вакуума 12, 13 и 14 создается присасывающая сила, которая преодолевает силу давления потока 10, прогибает пластину 2 в сторону кромки 8 и уменьшает величину h зазора 9. В кольцевой зоне касания 16 поток 11 прижимается к корпусу 1. Образующаяся в кольцевой зоне 13, присасывающая сила создает вакуум в резонаторной камере 4, за счет этого вакуума часть потока за зоной 16 через сапуны 15 всасывается в резонаторную камеру 4, снижая в ней вакуум и повышая давление. В этот момент энергия волны давления объединяется со стоячей волной, образующейся в резонаторной камере 4, и через резонаторное отверстие 5 «догоняет» разгибающуюся под действием упругости материала пластину 2, воздействуя на нее дополнительным усилием давления струи из сопла 3, увеличивает величину h зазора 9. При увеличении зазора 9 поток 10 под давлением, проходя через сопло 3, вновь срывается с кромки 8 сопла 3, разворачивается в зазор 9, а увеличение скорости в зоне сужения 11 вновь образует зоны вакуума 12, 13, 14, в которых вновь создается присасывающая сила, уменьшая величину h зазора 9, деформирует пластину 2 в пределах упругости ее материала, в присутствии энергии волн давления 16 и вакуума 13. При этом в резонаторной камере 4 образуется звуковая волна, которая отражается от внутренних стенок резонаторной камеры 4, объединяется со стоячими волнами и выходит из резонаторной камеры 4 через резонаторное отверстие 5, создавая в зазоре 9 акустический резонанс, вызывающий резонансные колебания пластины 2 и пульсацию потока сжимаемой среды, как в самом зазоре 9, так и за пределами пластины 2.
Испытания показали, что сочетание резонаторного отверстия в кольцевой зоне вакуума и сапунов в кольцевой зоне давления за счет энергии волн давления и разрежения, образующихся в резонаторной камере и в резонаторном отверстии, создают резонансные колебания пластины и пульсацию потока сжимаемой среды, как в самом зазоре, так и за пределами пластины.
1. Абрамович Г.Н. Прикладная газовая динамика. В 2 ч. Ч 1: Учеб. Руководство для втузов. – 5 изд., перераб. и доп. – М.: Наука. Гл. ред. физ–мат. лит., – 1991. – 600 с.
2. Патент № 2835940 Российская Федерация, МПК F15B 21/12 (2006.01). Способ генерирования вибрации и пульсации потока и устройство для его осуществления : № 2024108987 : заявл. 03.04.2024 :опубл. 06.03.2025 Бюл. № 7 / Черепанов А.П.: заявитель ФГБОУ ВО АнГТУ. – 7 с.: ил. – Текст: непосредственный.
