Библиографическое описание:

Ганиева З. Г. Возникновение кавитации в дисперсной смеси // Молодой ученый. — 2016. — №10. — С. 421-424.



В данной статье рассматривается условия возникновения кавитации в дисперсной смеси, которое является многофазность потока, зависящее от свойства пористости сред и предлагается для предотвращения появления резонансного состояния гидросооружений внутрипочвенный экран из интерполимерных комплексов (ИПК).

Интенсивное развитие кавитации в турбинах недопустимо, так как при этом, появляется вибрация, снижается к. п.д. и происходит быстрое разрушение деталей турбины, находящихся в области кавитаци [1]. Поэтому при выборе системы турбины и типа рабочего колеса, а также высот отсасывания стремятся к обеспечению бескавитационных условий работы турбины при всех режимах ее работы. Однако на практике полное исключение кавитации часто оказывается нерациональным, так как из-за этого пришлось бы значительно понизить отметку расположения турбины по отношению к нижнему бьефу и, следовательно, увеличить объем строительных работ в подводной части здания станции [2].

Для установления условия возникновения кавитации в смеси жидкости, рассмотрим состояние потока жидкости в точке (рис.1.) в которой имеет место минимальное давление, приводящий к наступлению кавитации.

Рис.1. К определению разрежения на лопасти рабочего колеса турбины

Составим уравнение движение смеси жидкости для относительного движения потока между точкой с минимальным давлением и точкой 2, находящейся на выходной кромке лопастей колеса (рис.1).

Обозначим для точки давление , и при этом скорость смеси имеет вид:

относительная скорость смеси - и переносная скорость смеси — , а для точки 2 соответственно: , и . Принимая плоскость сравнения 0–0 на отметке уровня

смеси жидкости в отводящем канале, и учитывая также переменность приведенных плотностей и концентрации. При установившееся течение смеси, эти параметры могут быть переменными. Тогда можем написать уравнение Д. Бернулли для смеси жидкости в виде [3]:

(1)

где-потери энергии на пути движения смеси от точкидо точки 2. — плотность дисперсионной смеси: , , , .

Условием возникновения кавитации является многофазность потока, участвующие в нем фазы взаимопроникают меж собой. Взаимопроникающее движение двух или нескольких фаз может быть рассмотрено как движение их в пористой среде. Для любой из этих фаз другая фаза является несущей пористой средой, в которой она движется. Поэтому для нас имеет существенное значение свойство пористости сред. При взаимодействии сред выделяется энергия с каждой фазы, и она затрачивается для преодоления сопротивлений окружающих фаз и граничивших твердых границ. Кроме того, выделяемая энергия при взаимодействии сред приводит к пульсации и кавитации потока, что является основой для появления резонансного состояния гидросооружений.

Необходимо отметить то, что для предотвращения кавитации потока в некоторой степени можно использовать на месте бурения внутрипочвенный экран из ИПК на основе натрия карбоксиметилцеллюлозы и мочевино-формальдегидной смолы, который сохраняя влажности почвы и противодействуя подъема солей из нижних слоев улучшает пористости среды [4].

Ниже следующими обозначениями в уравнении (1) для смеси жидкости получим, т. е.:

,(2)

где - является диффузионным членом взаимодействующих фаз смеси и - коэффициент взаимодействия, который:

,(3)

здесь — истинная плотность; ,,приведенные плотности первой, второй и -ой фазы;,-объёмные концентрации первой и второй фазы жидкости.

Таким образом, согласно уравнению Бернулли для абсолютного движения между точками 2 и 5, имеем:

(4)

Решая совместно уравнения (1), (2),

получим расчетную формулу для определения коэффициента взаимодействия при Пуазейлевом течении: {

(5)

Здесь - вязкость несущей жидкости;-радиус трубы.

Расчетные формулы для коэффициента взаимодействия, приводимые в работе [3], полученные на основе формулы Эйнштейна выглядит в следующем виде:

(6)

Для барометрического давления на отметке установки рабочего колеса турбины, получим:

(7)

где -теоретическая высота отсасывания;

- динамическое разрежение, обусловленное формой и размерами отсасывающей трубы; - динамическое разрежение, обусловленное размерами и формой лопастей рабочего колеса.

Процесс кавитации в турбине начнется тогда, когда абсолютное давление в точке будет равно давлению парообразования. Откуда нужно сказать, что характерные для данной установки: местное барометрическое давление ; высота расположения рабочего колеса над уровнем нижнего бьефа, называемая высотой отсасывания ; напорданной установке. Кавитационный коэффициент установки:

(8)

Следовательно, кавитационный коэффициент зависит от коэффициента быстроходности турбины: чем больше быстроходность турбины, тем выше для нее кавитационный коэффициент, так как увеличение быстроходности при данном напоре сопровождается увеличением скорости течения воды как в рабочем колесе, так и в отсасывающей трубе.

Нетрудно также расчетным путем установить точку , в которой можно ожидать наибольший вакуум. Поэтому в практике гидромашиностроения кавитационный коэффициент определяется путем испытания моделей гидротурбин на кавитационном стенде.

Выводы

  1. Выяснено то, что условием возникновения кавитации является многофазность потока, фаза которая является несущей пористой средой. Выделяемая энергия при взаимодействии сред приводит к пульсации и кавитации потока, что является основой для появления резонансного состояния гидросооружений.
  2. Предложено для улучшения пористости сред создание внутрипочвенного экрана из ИПК на месте бурения почвы.
  3. Получены расчетные формулы для определения коэффициентов взаимодействий, выводимые из выражений объемных расходов каждой фазы и смеси вязко-идеальных сред при Пуазейлевом течении, а также кавитационного коэффициента турбины.

Литература:

  1. Алсксандрова Т. А.и Смирнов И. Н. Разработка проточной части вертикальной поворотнолопастной гидротурбины с осевым направляющим аппаратом. «Энергомашиностроение», 1961, № 6.
  2. Рахматулин Х. А., Хамидов А. А. Об осесимметричных струйных течениях газа. — Докл.АН Узбекистана. — 1976. — № 9.
  3. Умаров А. И. Об одном способе определения величины коэффициента взаимодействия вязко-идеальных сред.// Гидроаэродинамика многофазных сред.Ташкент:Фан, 1987.С.34–39.
  4. Мухамедов Г. И., Каримов З., Ахмеджонов Д. Г., Хафизов М. М., Ахмеджанов Г. А. Рекомендации по применению ИПК и созданию противофильтрационного экрана с целью экономии оросительной воды. — Ташкент, 2008, 17 с.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle