специальная работа. 2 ОПП. 2 Основные проектные параметры

Название	2 Основные проектные параметры
Анкор	специальная работа
Дата	20.05.2021
Размер	0.62 Mb.
Формат файла
Имя файла	2 ОПП.doc
Тип	Документы #207365
страница	3 из 3

1 2 3

(2.26)

Выражая плотность через давление и температуру из уравнения состояния для идеального газа и используя предложение об адиабатичности истечения, получаем:

(2.27)

С другой стороны расход через критическое сечение сопла при сверхзвуковом перепаде давления равен:

, (2.28)
где - площадь критического сечения сопла.

Выразим площадь критического сечения сопла:

. (2.29)

Тогда зависимость площади критического сечения сопла от секундного расхода для фреона-14 примет вид:

(2.30)

Для =2,8 получим:

[м³].

Диаметр критического сечения сопла:

[м]. (2.31)

Данные расчета для других чисел Маха сведем в таблицу 2.7.

Таблица 2.7 – Данные расчета критического сечения сопла

2,8

2,9

4,2

4,3

4,4

5,3

6,5

7,7

, кг

16,65

16,12

11,32

11,07

10,82

9,03

7,38

6,25

, м²

0,044

0,042

0,030

0,029

0,028

0,024

0,019

0,016

, м

0,237

0,232

0,195

0,193

0,190

0,174

0,157

0,145

Для получения в рабочей части установки параллельного потока с заданной скоростью контур сопла должен быть профилирован. При определении формы и размеров сопла предварительно углом непрофилированного участка сопла. Примем .

Расстояние до выходного сечения сопла:

[м]. (2.32)

Длина входа в сопло:

. (2.33)

Для =2,8 получим:

[м].

Данные расчета для других чисел Маха сведем в таблицу 2.8.

Таблица 2.8 – Данные расчета входа в сопло

2,8

2,9

4,2

4,3

4,4

5,3

6,5

7,7

, м

0,237

0,232

0,195

0,193

0,190

0,174

0,157

0,145

, м

0,297

0,293

0,256

0,254

0,252

0,235

0,219

0,207

Принимаем, что в аэродинамической установке будут использованы три сменных сопловых насадка с диаметрами критических сечений 0,235; 0,193;

0,159 [м] и длинами входных частей 0,295; 0,254; 0,220 [м] соответственно. Сопловой насадок и профилированное сопло изображены на рисунке 2.4.

Рисунок 2.4 – Профилированное сопло
2.6 Выхлопной диффузор

Служит для уменьшения потерь полного давления при торможении сверхзвукового потока после рабочей части. Теоретическая разработка оптимальной конструкции диффузора аэродинамической трубы в настоящее время представляет собой нерешенную задачу из-за весьма сложной картины течения, включающей нестационарные эффекты во время запуска диффузора, проблемы устойчивости пограничного слоя при воздействии на него скачков уплотнения, трудности определения и описания неравномерного потока на входе в диффузор, значительный разброс условий при многорежимной работе диффузора и т.д. В связи с этим конструирование диффузоров выполняется, как правило, на основании имеющегося опыта.

На основании анализа многочисленных экспериментальных данных для осесимметричных диффузоров предлагается следующая зависимость минимальной площади диффузора («второго горла») от числа Маха М:

, (2.34)

где =0,21 [м²] - площадь среза сопла.

Тогда для различных значений числа Маха получим минимальную площадь сечения диффузора.

Для =2,8:

[м²]. (2.35)

Полученные значения сведем в таблицу 2.9.

Таблица 2.9 – Данные расчета

2,8

2,9

4,2

4,3

4,4

5,3

6,5

7,7

, м²

0,125

0,125

0,124

0,124

0,124

0,123

0,122

0,122

Выберем оптимальную площадь сечения диффузора =0,124 [м²].

Диаметр диффузора:

=400[мм]. (2.36)

Обычно длину диффузора рекомендуется выбирать в диапазоне 6-8 диаметров диффузора. Примем длину диффузора, равной 2800 [мм], что соответствует 7 диаметрам диффузора.

Входная часть диффузора выполнена в виде сходящегося конуса с углом раствора 18° и длиной 375 [мм].

2.7 Рама

Служит для размещения всех основных узлов установки и для восприятия ударных нагрузок, действующих в процессе истечения рабочего газа. Нагрузки на раму в основном определяются тягой сопла и вычисляются по формуле:

, (2.37)

где - площадь среза сопла, - газодинамическая функция для импульса.

. (2.38)

Для =2,8:

,

[Н].

Результаты расчетов нагрузок, действующих на раму сведем в таблицу 2.10.

Таблица 2.10 – Данные расчетов

2,8

2,9

4,1

4,2

4,3

5,3

6,5

7,7

, МПа

20

20

20

20

20

20

20

20

0,282

0,244

0,030

0,025

0,021

0,0047

0,0007

0,0001

, Н

1183423

1024678

126231,3

106535,3

89883,76

19549,28

2758,62

446,44

Видно, что максимальное значение действующей силы получается при числе Маха, равном 2,8.

2.8 Вакуумная емкость

Рассмотрим требования к вакуумной емкости импульсной трубы.

Отношение объема вакуумной емкости к объему форкамеры:

, (2.39)

где =0,1 – темп падения давления в форкамере, =1 – допустимое отношение давлений (для расчетного режима), - газодинамическая функция.

(2.40)

Тогда определим потребный объем вакуумной емкости, результаты вычислений сведем в таблицу 2.10.

Для =2,8:

0,233;

[м³].

Таблица 2.10 – Данные расчета

2,8

2,9

4,2

4,3

4,4

5,3

6,5

7,7

0,233

0,222

0,123

0,117

0,112

0,077

0,047

0,029

, м³

3,86

4,05

7,33

7,66

8,01

11,74

19,06

30,12

Принимаем объем вакуумной емкости равным 31[м³]. Диаметр емкости составляет 2000 [мм], длина 9555 [мм].

Для откачки емкости до давления разрежения 0,001 [МПа] будем применять два поршневых насоса 2ДВНП-6 с эффективной быстротой откачки =0,105 [м³/с].

Характеристики насоса 2ДНВП-6:

Диаметр входного патрубка, [м]

0,1

Быстрота действия, S [л/с]

105

Предельный вакуум, [Па]

Потребляемая мощность, W [кВт]

11

Габаритные размеры:

- высота, [м]

0,925

- длина, [м]

1,17

- ширина, [м]

Масса, [кг]

0,795

1500

Для механических насосов коэффициент использования =1,1 1,25, тогда эффективная быстрота откачки:

[м³/с]. (2.41)

Зависимость эффективной быстроты действия механических насосов от впускного давления приведена на рисунке 2.5.

Рисунок 2.5 – Зависимость быстроты действия от впускного давления р для механического вакуумного насоса

Время откачки вакуумной емкости:

=820[с]. (2.42)

В результате проведенных расчетов было получено, что максимальное давление газа в форкамере ограничено прочностью форкамеры и составляет

52 [МПа]. Минимальное давление, которое определяется возможностью срабатывания управляемого затвора, составляет 0,15-0,2 [МПа]. Минимальное давление, определяемое по возможности реализации расчетного течения в сопле, зависит от конструкции выхлопа из рабочей части и оценивается

0,2 [МПа] при М = 2,8 и свыше 10 [МПа] при М = 7,7. Максимальная температура рабочего газа выбрана из условия отсутствия конденсации фреона-14 в потоке при М= 7,7 и составляет 750[К] (с учетом падения температуры газа по времени режима). Три сменных осесимметричных сопловых насадка для профилированных сопел предназначены для получения потока с различной скоростью в рабочей части установки (М= 2,8; 2,9; 4,2; 4,3; 4,4; 5,3; 6,5; 7,7). Скорость потока при этом меняется в диапазоне от 476 до 1309 [м/с].

1 2 3