ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 15.10.2024
Просмотров: 91
Скачиваний: 0
По назначению дроссели делят на постоянные, регулируе мые п переменные. В постоянных дросселях пневматическое сопротивление не изменяется в процессе работы пневматиче ского устройства. Сопротивление регулируемых дросселей мо жет быть установлено любым в определенных пределах, обусловленных конструкцией дросселя п проходными сече ниями.
Настройка осуществляется вручную. Сопротивление пере менных дросселей изменяется в процессе работы пневматиче ского устройства.
По характеру течения газа в каналах дросселей их делят на ламинарные п турбулентные. Турбулентные дроссели характери зуются малыми отношениями длины I канала дросселя к его диаметру d н турбулентным режимом течения газа. Обычно в турбулентных дросселях l/d ^ 10. Так как канал имеет малую длину, а скорость течения велика, то протекающий по дросселю газ не успевает обменяться теплом со стенками канала, п термо динамический процесс в дросселях такого типа можно считать адиабатическим. Течение газа в турбулентных дросселях может происходить как с дозвуковыми, так п со звуковыми скоростями (соответственно различают докритпческпй и надкритический ре жимы течения). Если не принимаются специальные меры (напри мер, расширяющиеся насадки), то скорости течения в каналах с турбулентными дросселями в их выходных сечениях не могут превысить скорости звука. Режим истечения через турбулент: ный дроссель определяется величиной отношения давлений рі и р2 до и после него. Отношение давлений, при котором проис ходит переход от дозвуковой скорости к звуковой, называется критическим и обозначается (Дг/ДіЬр. Перепад давления, а следовательно, и основные потерн в турбулентных дросселях обусловлены сжатием потока на входе в дроссель и расширени
ем на выходе из него. Потери |
давления на трение |
(по |
длине |
||
дросселя) малы и ими обычно пренебрегают. |
|
дросселя |
к его |
||
В ламинарных дросселях отношение длины |
|||||
условному диаметру велико |
(l/d ^ 10). |
В |
узких |
и |
длин |
ных каналах формируется |
ламинарное |
течение газа. |
Ре |
жим течения в ламинарных дросселях может быть только докритнческпм.
Возникновение критических режимов течения возможно только лишь при высоких скоростях турбулентного потока-. Так как длина каналов ламинарных дросселей велика, при течении воздух успевает обменяться теплом со стенками канала. Поэтому обычно принимают, что термодинамический процесс изменения состояния газа в дросселе является изотермическим. Потери дав ления в ламинарных дросселях происходят за счет сил вязкого трения, распределенных по длине. Местные сопротивления на входе в дроссель и на выходе из него весьма малы по сравнению с потерями по длине, поэтому ими часто пренебрегают.
26
В зависимости от величины рабочих давлений и температуры газа до и после дросселя, а у переменного дросселя также и степени его открытия один и тот же дроссель может работать как турбулентный или как ламинарный. Характер течения газа в дросселе определяется условиями работы. В цилиндрическом капилляре переход от ламинарного режима течения к турбулент ному происходит при критическом числе Рейнольдса Re = 2300 *, при Re > 2300 поток турбулентный, при Re < 2300 — ламинар-
Рнс. 11. Различные виды дросселирующих элементов:
а — капилляр; б — жиклер; а — щелевоіі цилиндрический дроссель; г — ко нус — конус; д — конус — цилиндр; е — дроссель с переменной длиной канала; ж — сопло— заслонка; з — шарик— конус; и — шарик — цилиндр; к — сотовый дроссель
ный. Критическое значение числа Рейнольдса является прибли женным и меняется в зависимости от таких факторов, как шеро ховатость стенок канала, тип дросселя и др. Например, перемен ный дроссель типа сопло — заслонка (рис. 11, ж) при малых открытиях работает как ламинарный, а при больших — как тур
* Для капилляра критерий подобия, число Рейнольдса Re = -----, где
V
V—средняя скорость газа, d — диаметр капилляра, ѵ — коэффициент кинема тической вязкости.
27
булентный. Поэтому подразделение дросселей на турбулентные и ламинарные весьма условно. Однако следует иметь в виду, что турбулентные и ламинарные дроссели отличаются способом из менения сопротивления. Сопротивление, а следовательно, н пере пад давлении турбулентных дросселей изменяется обычно за счет изменения проходного сечения, а у ламинарных — за счет изменения длины канала дросселя.
По виду расходной характеристики дроссели делят на линей ные и нелинейные. В линейных дросселях зависимость массового расхода газа от перепада давлений на дросселе линейна, т. е.
G= а{Р\ —Рг).
где а — проводимость дросселя.
В нелинейных дросселях расход газа нелинейно зависит от перепада давлений на дросселе, и часто эта зависимость имеет следующий вид:
G = ß V Рі—р2,
где ß — постоянный коэффициент.
При расчете расхода газа через турбулентные дроссели необ ходимо учитывать потери в результате сжатия потока на входе в канал дросселя и расширения его при выходе из дросселя, ха рактеризуемые коэффициентом расхода ц. В общем случае коэф фициент расхода р представляет собой сложную функцию гео метрических параметров дросселя и критериев подобия — чисел Re и М. В общем виде коэффициент расхода можно представить как отношение действительного расхода Gn к теоретическо му 1 GT:
При проведении исследований и практических расчетов коэф фициент расхода определяют экспериментально. Для ряда слу чаев истечения коэффициент расхода можно определить анали тически.
Известно, что [9] коэффициент расхода при истечении жидко сти из отверстия в тонкой стенке определяется так: р = хср, где к — коэффициент сжатия струи2; ср — коэффициент скорости.
При одних и тех же условиях истечения коэффициент [8] сжа тия струи несжимаемой жидкости будет меньше, чем сжимаемой.
Пневматические сопротивления различных типов представле
ны на рис. 11. |
К постоянным дросселям относятся |
капилляр, |
|
жиклер, щелевой цилиндрический |
дроссель (рис. |
11, а, б, в), |
|
1 Под теоретическим понимается расчетный расход при р = |
1. |
||
2 Коэффициент |
F' |
представляет собой отношение |
|
сжатия струи х = —■ |
F
площади наиболее узкой части струн к площади отверстия.
28
к |
регулируемым — дроссели конус — конус, конус — цилиндр |
и |
дроссель с переменной длиной канала (рис. 11, г, д, е), а к |
переменным — дроссели сопло — заслонка, шарик — конус, ша рик — цилиндр (рис. 11, ж, з, и).
К турбулентным дросселям можно отнести дроссели сопло — заслонка, конус — цилиндр, шарик — конус, жиклер, шарик — цилиндр. К ламинарным дросселям относятся дроссели конус — конус, капилляр, дроссель с переменной длиной канала и щеле вой дроссель. Если требуется обеспечить большой расход при ламинарном течении, то применяют сотовый дроссель (рис. 11, к). Сотовый дроссель состоит из нескольких капилляров, включен ных параллельно. Расход через такой дроссель равен сумме рас ходов через отдельные капилляры.
В конструкции регулируемых дросселей предусмотрена ручка настройки, с помощью которой в турбулентных дросселях для изменения сопротивления меняют площадь проходного сечения, а в ламинарных дросселях — длину канала дросселя. Последнее обстоятельство объясняется необходимостью получения хорошей повторяемости характеристики и обеспечения плавности регули рования и связано с тем, что расход через ламинарный дроссель пропорционален четвертой степени диаметра и обратно пропор ционален длине, а расход через турбулентный дроссель пропор ционален площади сечения. Примером конструкции дросселя с переменной длиной канала может служить регулируемый дрос сель, на поверхности плунжера которого проточена спиральная канавка (рис. 11, е). При повороте ручки настройки смещается плунжер относительного цилиндрического корпуса, а следова тельно, меняется рабочая длина канала, определяющая-величину сопротивления.
Рассмотрим методы расчета и основные расчетные зависимо сти пневматических сопротивлений. Пневматические сопротивле ния различных типов отличаются характером течения потока в каналах и в местах входа в сопротивление и выхода из него. Поэтому каждому конкретному случаю течения и типу дросселя будут соответствовать отличные от других расчетные формулы.
Пневматическое сопротивление типа жиклер. Жиклер пред ставляет собой пневматическое сопротивление, выполненное в виде цилиндрического отверстия в стенке (рис. 11, б), у кото рого отношение l/d мало (l/d 2 ч- 3), т. е. по величине этого отношения жиклер находится между отверстием в тонкой стенке (l/d = 0) и насадком (l/d = 2 н- 3).
Характер течения в дросселях такого вида турбулентный, а термодинамический процесс принимают адиабатическим, так
как скорость течения газа |
велика, а длина канала соизмерима |
||
с диаметром отверстия и теплообмен |
между газом и стенками |
||
практически не происходит. |
вытекает |
из резервуара большой |
|
Предположим, что |
газ |
||
емкости через отверстие |
с тонкими стенками. Размеры резервуа |
29
ра настолько велпкп, что скоростью газа перед отверстием можно пренебречь, т. е. t’,=0. В этом случае уравнение Бернул ли для газа имеет вид
Ѵ ~2 , |
k |
/ |
р 2 |
______щ |
|
2 |
к — I |
\ |
р2 |
р. |
|
С р |
|
адиабаты, |
для воздуха /г = 1,4; сР и |
||
где к —----•— показатель |
|||||
сѵ |
соответственно |
при постоянном давлении и |
|||
су — теплоемкости |
объеме, р! и р2 — плотности воздуха на входе в пневматическое
сопротивление и на выходе из него соответственно; £ — коэффи
циент местного сопротивления; |
|
ѵ2— скорость после дросселя. |
||||
Найдем выражения для скорости и расхода. Для этого решим |
||||||
последнее уравнение относительно ѵ2: |
|
|
||||
Учитывая известное выражение |
для |
адиабатического |
про |
|||
цесса |
|
|
|
|
|
|
|
Рі = ( р7 |
і |
р |
і ) 92’ |
|
|
а также уравнение состояния газа р\ = |
ріДГі и подставляя их |
|||||
в выражение для ѵ2, получим |
|
|
|
|
|
|
ц2 = ф ] / |
2 R T , |
|
скорости; R — газовая посто- |
|||
где ф = — 1 — — коэффициент |
||||||
V 1+ ч |
|
|
|
|
|
|
янная (для воздуха R = 287,14 |
|
|
); |
7, — абсолютная тем- |
||
|
|
|
кг- к |
|
|
|
пература воздуха до отверстия в градусах Кельвина. |
G — |
|||||
Таким образом, |
находим, |
что массовый расход газа |
= ѵ2р2Р (где р2 — плотность воздуха после отверстия; F — пло
щадь проходного сечения отверстия) может быть рассчитан по следующей формуле для докритического режима:
2 |
к+1' |
G = pFp, I |
|
RT, /г-1 |
|
^ 4 -> 0,528. |
(2> |
РI |
|
Если постепенно уменьшать давление р2 после дросселя, ос тавляя постоянным давление р\ до него, то массовый расход G воздуха вначале будет возрастать, а затем после достижения.
30