Научный журнал
Успехи современного естествознания
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,823

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАСЧЕТА ВЕЛИЧИН НАГРЕВА ВОЗДУХА В ДВУХРОТОРНОЙ АЭРОДИНАМИЧЕСКОЙ КАМЕРЕ

Комиссаров А.П. Швецов В.В. Швецова С.В.

Определение величины нагрева воздуха в двухроторной камере аэродинамического нагрева можно осуществить двумя методами. Суть первого метода в том, что величина нагрева воздуха в двухроторной аэродинамической камере рассчитывается в зависимости от полного давления, развиваемого центробежными вентиляторами и их полезного действия. Это можно определить по формуле (1):

Т3= Т1+2Т1×  f (1)

где Т3 - температура воздуха на выходе из 2-го вентилятора, °С;

Т1 - температура воздуха на входе на 1-й вентилятор, °С;

Т2 - температура воздуха на выходе из 1-го вентилятора, °С;

Т2 - одновременно является температурой на входе во второй вентилятор. В процессе преобразования формулы (1) температура Т2 была исключена.

На -величина атмосферного давления, Па;

НП1 - величина давления, развиваемая первым вентилятором, Па;

НП2 - величина давления, развиваемая вторым вентилятором, Па;

К - постоянная диабаты, К = 1,4;

ηв1 - КПД 1-го вентилятора, ηв1 = 0,6;

ηв2 - КПД 2-го вентилятора, ηв2 = 0,7.

Сущность второго метода определения величины нагрева воздуха в двухроторной аэродинамической камере нагрева заключается в следующем.

Теплоотдача при больших скоростях течения газов имеет ряд особенностей. В случае больших скоростей гидродинамические процессы и процессы теплообмена непрерывно связаны. Течение характеризуется взаимным преобразованием внутренней кинетической энергии ротора и расширением газа. При адиабатическом течении газа (Q = 0) возрастание его кинетической энергии w22 может происходить только при понижении энтальпии. И наоборот, возрастанию энтальпии будет соответствовать уменьшение кинетической энергии и, следовательно, скорости. Изменение энтальпии, в конечном счете, приводит к изменению температуры газа.

Энтальпия при полном адиабатическом торможении газа, называется энтальпией адиабатического торможения, она равна:

i0 = i +   f                       (2)

Температура Т0, которую принимает воздух (газ) при полном адиабатическом торможении, называется температурой торможения.

Подставив в уравнение (2) значение энтальпии для термодинамических идеальных газов i = Ср×Т и разделив левую и правую части на Ср, получим:

Т0 = Т +   f                     (3)

Из термодинамики известно, что отношение кинетической энергии потока и его энтальпии равно:

f (4)

где К = Ср/ Сп - отношение удельных теплоемкостей при постоянных давлениях и объеме;

f - отношение скорости потока к скорости звука, обозначается М и называется числом Маха.

При М < 1 - поток называется дозвуковым, если М = 1 - звуковым и если М > 1 сверхзвуковым. Из уравнений (3), (4) можно написать

Т0 = Т + Т× f                    (5)

В таблице 1 приведены данные расчетов по формулам (1) и (5) при начальной температуре воздуха в камере Т = 20°С.

Таблица 1. Расчетные и фактические данные Т0 среды в камере

№№

Время

Значения температуры среды в камере, 0С

п/п

мин.

по формуле 1

по формуле 5

фактически

1.

5

20

20

24

2.

10

26

21,6

27

3.

15

33,7

23,4

29

4.

20

43,6

25,4

32

5.

25

56,5

27,5

35

Анализируя данные таблицы видно, что расхождение в определении температуры среды через 25 мин. по формулам и по экспериментальным данным составляет от 30 до 40 %.

Определение температуры среды по формулам (1) и (5) не связано с пространственно-временными функциями, и не дает достаточной точности в определении температуры, поэтому необходимо разработать теоретические основы расчета двухроторных аэродинамических камер, обеспечивающих применение их в промышленности.

При расчетах необходимо учитывать, что характер аэродинамических потерь в двухроторных установках может быть несколько иным, чем в однороторных.

Проведя ряд исследований, было установлено, что для двухроторных установок аэродинамического нагрева необходимо делать кожух в форме параллелепипеда с зазором между ротором и стенками (0,3 ≤ δ ≤ 0,45) D2.

Кожух, имеющий форму параллелепипеда, можно рассматривать как эффективный завихритель по сравнению с кожухом цилиндрическим, который применяется для создания напора и имеет незначительное сопротивление для движения в нем воздуха.

Завихрителями потока воздуха служат, во-первых, подача роторами потоков воздуха друг на друга, вращающимися в разные стороны, во-вторых, поток воздуха, выходящий с наружного ротора, встречается с потоком воздуха, отраженного от стенок кожуха.

В связи с тем, что при некотором удалении стенок кожуха от внешнего ротора потери на удар будут минимальными, а частота колебаний турбулентных потоков (выходящих и отраженных) совпадает, то происходит увеличение завихрения, вызывающее дополнительный нагрев воздуха, что и было получено в опытах на экспериментальной установке. В результате этого превращение кинетической энергии воздуха в тепловую происходит на более высоком уровне, чем при применении специальных завихрителей, которые гасят кинетическую энергию и значительно снижают напор воздуха.

Как показал анализ исследований, проведенных на экспериментальной аэродинамической двухроторной установке, расход мощности на сушку материала составил 50%, а общий КПД установки равен 85%.

Выводы:

1. Применяемые формулы для расчета температуры среды в однороторных аэродинамических камерах неприемлемы для двухроторных.

2. Исследования показали, что характер аэродинамических потерь в двухроторных установках несколько иной, чем в однороторных. Во-первых, это связано с тем, что подача потоков воздуха роторами, вращающимися в разные стороны, осуществляется друг на друга, а во-вторых, поток воздуха, выходящий с наружного ротора, встречается с потоком воздуха, отраженным от стенок кожуха.

3. Воздух в параллелепипедной камере претерпевает резонанс, поэтому температура среды воздуха в двухроторной камере почти в два раза выше, чем в однороторной, и коэффициент полезного действия установки достигает 0,85.


Библиографическая ссылка

Комиссаров А.П., Швецов В.В., Швецова С.В. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАСЧЕТА ВЕЛИЧИН НАГРЕВА ВОЗДУХА В ДВУХРОТОРНОЙ АЭРОДИНАМИЧЕСКОЙ КАМЕРЕ // Успехи современного естествознания. – 2007. – № 7. – С. 86-88;
URL: http://www.natural-sciences.ru/ru/article/view?id=11330 (дата обращения: 16.05.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074