ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Механизм растекания потока по решетке из "Аэрогидродинамика технологических аппаратов" Прежде чем перейти к выявлению соответствующих количественных зависимостей, рассмотрим механизм растекания потока по решетке. [c.79] Предположим, что решетка помещена в свободный (не ограниченный стенками трубы) поток (рис. 3.1). Струя, набегающая на решетку, будет тормозиться, и согласно уравнению Бернулли в ней будет повышаться статическое давление. В результате появится поперечный градиент давления, и струя начнет растекаться по решетке. [c.79] Допустим теперь, что распределение скоростей в струе, набегающей на решетку, неравномерное и имеет регулярный характер (рис. 3.2), при этом поток состоит из двух струек тока с большей (/) и меньшей 2) скоростями. Общий характер явления, очевидно, не изменится струя будет растекаться по решетке, причем повышение статического давления в струйке с большей скоростью будет более значительным, чем в струйке с меньшей скоростью. [c.79] Если рассматриваемый поток и решетку заключить в трубу или в канал (рис. 3.2), то вследствие неразрывности движения замедление (расширение) струйки тока, обладающей большей скоростью, приведет к ускорению (сужению) струйки тока с меньшей скоростью и соответственно повышению статического давления в первой струйке. Таким образом, и в этом случае появится поперечный градиент давления, под действием которого жидкость перед решеткой будет перетекать из области с большими скоростями в область с меньшими скоростями. Это приведет к выравниванию скоростей в поперечном сечении трубы. [c.79] Невосполнимые потери энергии при пересечении решетки в ускоренной струйке получаются [больше, чем в замедленной. Вследствие этого по-сечению за решеткой происходит выравнивание не только скоростей, но и полной энергии потока. [c.80] При растекании потока перед решеткой линии тока искривляются. Если в качестне распределительного устройства взята плоская (тонкостенная) решетка, у которой в отличие, например, от трубчатой решетки проходные отверстия не имеют направляюш,их стенок (поверхностей), то возникаюш,ее поперечное (радиальное) направление линий тока, т. е. скос потока, неизбежно сохранится и после протекания жидкости через отверстия. Это вызовет дальнейшее растекание, т. е. расширение струйки 1 и падение ее скорости за счет сужения струйки 2 и повышения ее скорости. Чем больше коэффициент сопротивления решетки, тем резче искривление линий тока при растекании жидкости по ее фронту, а следовательно, за решеткой значительнее расширение сечения и соответственно уменьшение скорости струйки 1 за счет струйки 2. Вследствие этого после определенного (критического или оптимального) значения коэффициента сопротивления Сопт плоской решетки, при котором поток за ней полностью-выравнивается, т. е. скорости в обеих струйках становятся одинаковыми, дальнейшее увеличение приводит к тому, что за решеткой скорость струйки 2 возрастает даже по сравнению со скоростью струйки /, возникает новая деформация поля скоростей в виде обращенной илн перевернутой неравномерности (рис. 3.3). [c.80] Таким обра. юм, степень растекания жидкости в сечениях на конечном расстоянии за плоской решеткой всегда значительнее, чем по ее фронту. Если при критическом значении коэффициента сопротивления решетки за ней достигается равномерное распределение скоростей, то на самой решетке поток остается еще неравномерным. [c.80] Растекание струи до бесконечности возможно только при установке решетки в неограниченном пространстве (рис. 3.4, а). Если решетка находится в трубе (канале) конечных размеров (рис. 3.4, 6), структура потока за ней будет иная. Так, например, в случае центрального (фронтального) набегания жидкости на решетку в виде узкой струи, последняя, растекаясь радиально и достигая за решеткой стенок трубы (канала), неизбежно изменит свое направление на 90° и дальше будет перемещаться вдоль стенок в виде кольцевой струи. При этом в центральной части сечения за решеткой поступательная скорость будет равна нулю. В условиях реальной (вязкой) среды, вследствие турбулентного перемешивания, жидкость, подходя к стенкам трубы (канала), будет увлекать за собой неподвижную часть жидкости из центральной части сечення (рис. 3.4, 6). На освободившееся место из более удаленных от решетки сечений будут поступать другие массы жидкости, и, таким образом, в центральной части сечений за решеткой возникнут обратные токи, а профиль скорости зз решеткой по сравнению с начальным профилем струи (до решетки, рис. 3.5, а) будет иметь перевернутую форму (см. рис. 3.4, б, а также 3.5, б). [c.81] Следует отметить, что описанный здесь парадокс , заключающийся в том, что с увеличением коэффициента сопротивления р плоской решетки (выше некоторого значения) в сечениях за ней появляется новая неравномерность с перевернутым профилем скорости, долгое время не был раскрыт. Поэтому в некоторых случаях применялись (и до сих пор применяются) плоские решетки с большими коэффициентами сопротивления, которые вместо выравнивания потока дают обратный эффект. [c.82] Приведенное здесь физическое объяснение причин, вызывающих перевертывание профиля скорости за плоской (тонкостенной) решеткой, было дано в работах [45, 59]. [c.82] Однако следует иметь в виду то обстоятельство, на которое было указано в гл. 1 относительно подсасывающего эффекта отдельных струек, протекающих через отверстия перфорированной решетки. В равной степени это относится и к струйкам, выходящим из отдельных каналов пространственных решеток (трубчатых, хордовых, слоевых и др.). В случае, если выходные струйки обладают разной кинетической энергией (вследствие большей скорости или массы), то струйки, у которых энергия больше, будут подсасывать к себе струйки с меньшей энергией, увеличивая свою массу. В результате за решетками любой формы (как плоскими, так и пространственными) может установиться новая неравномерность профиля скорости. Такое явление должно иметь место и в сечениях за спрямляющей решеткой, помещенной непосредственно над перфорированной решеткой (рис. 3.5, г). [c.83] Если на пути потока (рис. 3.6, б) установить решетку, то струя, набегая на нее со стороны задней стенки аппарата, начнет по ней растекаться в сторону передней стенки (входного отверстия). Так как степень искривления линий тока при этом будет увеличиваться вместе с ростом коэффициента сопротивления решетки Ср, при определенном значении этого коэффициента вся жидкость за плоской решеткой будет перетекать к передней стенке аппарата и от нее изменит свое направление на 90° в сторону общего движения. Вследствие турбулентного перемешивания с окружающей средой струя за решеткой на всем пути будет подсасывать определенную часть неподвижной жидкости, и в области, прилегающей к задней стенке, образуются обратные токи. Таким образом, профиль скорости за плоской решеткой при боковом входе в аппарат получится перевернутым , т. е. таким, при котором максимальные скорости за решеткой будут соответствовать области обратных токов, образующихся свободной струей при входе (рис. 3.6, а и б). [c.85] Если растекание струек вдоль поверхности решетки при выходе из ее отверстий устранить путем установки направляющих пластин, то перевертывания профиля скорости не произойдет, и при достаточно большом значении коэффициента сопротивления решетки установится равномерное распределение скоростей (рис. 3.6, в). [c.85] Г ассмотренное течение жидкости в аппарате с боковым входом справедливо для случая, когда решетка достаточно удалена от оси входной струи. При близком расположении решетки относительно струи, когда между ними не остается достаточного пространства для полного растекания струи по фронту решетки в обратную сторону (от задней стенки к передней), указанного перевертывания профиля скорости не произойдет. В этом случае струйки, вытекающие из отверстий плоской решетки, будут иметь то же направление, что и струя на входе в аппарат, вследствие чего при достаточно больших значениях Ср решетки жидкость за ней будет перетекать к задней стенке, и вблизи нее скорость струек будет максимальной (рис. 3.6, г). Очевидно, что при некотором среднем (оптимальном) значении относительного расстояния решетки от оси входного отверстия в сечениях за решеткой установится промежуточный почти симметричный профиль скорости (рис. 3.6, д). [c.85] Поток в аппарат может быть введен противоположно направлению потока в рабочей камере, например через подводящий участок в виде отвода или колена с выходным отверстием, повернутым вниз (рис. 3.7). В этом случае струя на входе в аппарат направлена к днищу (или на специальный экран), по которому растекается радиально. Поток, поворачиваясь вдоль стенок аппарата на 180°, пойдет вверх в виде Кольцовой струи. При радиальном растекании струи площадь ее сечений быстро возрастает, и соответственно скорость падает. Поэтому в случае центрального подвода жидкости, направленного к низу аппарата, когда образуется кольцевая струя, будет обеспечено значительное растекание ее ио сечению уже па подходе кipaбoчeй камере даже без каких-либо распределительных устройств (см. рис. 3.5, а, 3.6, а и 3.7, а). Оставшаяся неравномерность профиля скорости будет иметь при этом характер, противоположный тому, который устанавливается при центральном подводе струи вверх аппарата, а именно максимальные скорости будут вблизи стеиок, а минимальные (или отрицательные ) — в центральной части камеры. [c.85] Кроме того, можно отметить, что если по каким-либо причинам поток перед плоской решеткой закручен, то это закручивание при прохождении жидкости через решетку не будет устранено и сохранится в сечениях за решеткой (рис. 3.8). Вместе с тем струя при набегании на решетку будет растекаться, так что ее поступательные скорости за решеткой соответственно понизятся. Причиной закручивания потока может быть не только несимметричное расположение входного отверстия в аппарате, но и несимметричный профиль скорости струи на входе, даже при симметричном расположении входа относительно оси аппарата. В случае несимметричного профиля скорости равнодействующая динамических сил струи находится не на оси, а в зоне больших скоростей. Поэтому создается вращательный момент, закручивающий струю по направлению от больших скоростей к меньшим. [c.86] До сих пор рассматривалось растекание жидкости с малой регулярной и с полной неравномерностями потока. При большой регулярной неравномерности нет резкой границы между трубками тока с различными скоростями и нет узкой одиночной струи (рис. 3.9, а), поэтому растекание жидкости по решетке имеет промежуточный характер. Выравнивание потока за решеткой будет, очевидно, достигаться при критическом коэффициенте сопротивления р = Сопт. имеющем большее значение, чем при малой регулярной неравномерности, но меньшее, чем при полной неравномерности. При коэффициенте сопротивления решетки Ср Скр профиль скорости на конечном расстоянии будет перевернутым (рис. 3.9, в), и максимальная скорость за решеткой окажется в той части сечения, в которой перед решеткой она была минимальной (рис. 3.9, б), и наоборот. [c.87] Для повышения эффективности систем решеток расстояние между ними должно быть не меньше определенного значения. Действительно, если при излипше большом коэффициенте сопротивления каждой решетки они расположены слишком близко одна от другой, то течение жидкости будет мало отличаться от течения, которое наблюдается в случае одиночной плоской решетки (рис. 3.11). Например, струя, набегающая по центру на первую решетку с большим значением коэффициента Ср, как было показано, непосредственно за решеткой растекается радиально. Вследствие ограниченности расстояния между решетками струя не сможет изменить своего радиального течения и будет перетекать через-вторую решетку в том же направлении. Вся жидкость за второй решеткой, перетечет из центральной части сечения к стенкам аппарата (рис. 3.11, а). [c.88] При достаточном расстоянии между решетками жидкость, набегающая на вторую решетку уже в виде кольцевой струи, будет растекаться по ее фронту в обратном направлении, т. е. от периферии к центру. Если коэффициент сопротивления второй решетки не очень большой, то в сечении на конечном расстоянии от нее распределение скоростей будет равномерным (рис. 3.11, б). Если коэффициент сопротивления второй решетки будет слишком большим, то обратное растекание по ней кольцевой струи приведет к дальнейшему ее перетеканию в том же направлении и на конечном расстоянии за этой решеткой. В результате снова получится неравномерное распределение скоростей (рис. 3.11, в). [c.88] Вернуться к основной статье