Промтов М.А. - Машины и аппараты с импульсными энергетич. воздейств. на обрабат. вещества. Промтов М.А. - Машины и аппараты с импульсными энергетич. воздей. М. А. Промтов машины и аппараты с импульсными энергетическими
 Скачать 2.8 Mb.
|
|
3.2.2 Резонансные и автоколебательные системы для жидкостей 1 2 3 4 5 6 7 ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЕ ГЕНЕРАТОРЫ-ИЗЛУЧАТЕЛИ СЛУЖАТ ДЛЯ ПРЕВРАЩЕНИЯ КИНЕТИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ СТРУИ В ЭНЕРГИЮ УПРУГИХ АКУСТИЧЕСКИХ КОЛЕБА- НИЙ. ГЕНЕРАЦИЯ ЗВУКА ПРОИСХОДИТ В ОБЛАСТИ ТУРБУЛЕНТНОГО ДВИЖЕНИЯ СТРУИ [3]. ПО СВОЕЙ КОНСТРУКЦИИ, ОПРЕДЕЛЯЮЩЕЙ ПРИНЦИП ОБРАЗОВАНИЯ АКУСТИ- ЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ, ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЕ ИЗЛУЧАТЕЛИ МОЖНО РАЗДЕЛИТЬ НА ОПРЕДЕЛЕННЫЕ ГРУППЫ. К ПЕРВОЙ ГРУППЕ ОТНОСЯТ ИЗЛУЧАТЕЛИ, В КОТОРЫХ ИСПОЛЬЗУЕТСЯ ВОЗБУЖДЕНИЕ КОЛЕБАНИЙ РЕЗОНИРУЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ В ВИДЕ ПЛАСТИН, СТЕРЖНЕЙ ИЛИ МЕМБРАН НАБЕГАЮЩЕЙ СТРУЕЙ ЖИДКОСТИ. В СВОЮ ОЧЕРЕДЬ, КОЛЕБАНИЯ РЕЗОНИРУЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ СОЗДАЮТ АКУСТИЧЕСКОЕ ПОЛЕ ИЗЛУЧАТЕЛЯ. НАИБОЛЕЕ РАСПРОСТРАНЕННОЙ МОДИФИКАЦИЕЙ ТАКИХ ИЗ- ЛУЧАТЕЛЕЙ ЯВЛЯЮТСЯ ПЛАСТИНЧАТЫЕ ИЗЛУЧАТЕЛИ С КОНСОЛЬНЫМ ИЛИ ДВУХ- ТОЧЕЧНЫМ КРЕПЛЕНИЕМ ВИБРИРУЮЩЕЙ ПЛАСТИНЫ, КАК ЭТО ПОКАЗАНО НА РИС. 3.19, А, Б. СТРУЯ, ВЫТЕКАЮЩАЯ С БОЛЬШОЙ СКОРОСТЬЮ ИЗ КОНУСНО- ЦИЛИНДРИЧЕСКОГО ИЛИ ЩЕЛЕВОГО СОПЛА, ПОПАДАЕТ НА ПЛАСТИНУ С КЛИНОВИД- НЫМ КРАЕМ. ПРИ ЭТОМ ПРОИСХОДИТ СРЫВ СТРУИ И ВОЗНИКАЮТ ВИХРЕВЫЕ ПУЛЬ- САЦИИ. ПРИ СОВПАДЕНИИ ЧАСТОТЫ ПУЛЬСАЦИИ С СОБСТВЕННОЙ РЕЗОНАНСНОЙ ЧАСТОТОЙ ПЛАСТИНЫ ОТ НЕЕ В ЖИДКОСТЬ ИСХОДИТ АКУСТИЧЕСКАЯ ВОЛНА. ТОЧКИ КРЕПЛЕНИЯ ПЛАСТИН СООТВЕТСТВУЮТ УЗЛАМ СМЕЩЕНИЯ. АНАЛОГИЧНЫЙ ПРИНЦИП ПРЕВРАЩЕНИЯ КИНЕТИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ СТРУИ В ЭНЕРГИЮ АКУСТИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ ИСПОЛЬЗУЮТ В МНОГОСТЕРЖНЕВЫХ ГИД- РОДИНАМИЧЕСКИХ ИЗЛУЧАТЕЛЯХ (РИС. 3.19, В). СТРУЯ КРУГЛОГО СЕЧЕНИЯ, ВЫТЕ- КАЮЩАЯ ИЗ СОПЛА, УДАРЯЕТСЯ В ЛУНКООБРАЗНЫЙ ОТРАЖАТЕЛЬ И ВЕЕРООБРАЗ- НО РАСХОДИТСЯ, ПОПАДАЯ НА ЗАОСТРЕННЫЕ ВЫСТУПЫ СТЕРЖНЕЙ, ЗАКРЕПЛЕН- НЫХ ПО ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ОБРАЗУЮЩЕЙ ПАРАЛЛЕЛЬНО ОСИ СОПЛА, КАК ПОКА- ЗАНО НА РИСУНКЕ. ПРОИСХОДИТ ВОЗБУЖДЕНИЕ КОЛЕБАНИЙ СТЕРЖНЕЙ, КОТОРЫЕ СОЗДАЮТ В ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ ДОСТАТОЧНО МОЩНОЕ ЗВУКОВОЕ ПОЛЕ [1 – 3]. ОРИЕНТИРОВОЧНАЯ ОЦЕНКА ПАРАМЕТРОВ ТАКИХ ИЗЛУЧАТЕЛЕЙ ПРОИЗВОДИТ- СЯ ПО СЛЕДУЮЩИМ ФОРМУЛАМ. ЧАСТОТА СОБСТВЕННЫХ КОЛЕБАНИЙ СТРУИ ОП- РЕДЕЛЯЕТСЯ КАК РИС. 3.19 СХЕМЫ ПЛАСТИНЧАТЫХ И МНОГОСТЕРЖНЕВЫХ ИЗЛУЧАТЕЛЕЙ l kV f 2 = , (3.7) ГДЕ V – СКОРОСТЬ СТРУИ; l – РАССТОЯНИЕ ОТ СОПЛА ДО ОТРАЖАТЕЛЯ; , 3 , 2 , 1 = k . СОБСТВЕННЫЕ ЧАСТОТЫ КОЛЕБАНИЙ КОНСОЛЬНО ЗАКРЕПЛЕННОЙ И ЗАКРЕП- ЛЕННОЙ В ДВУХ УЗЛОВЫХ ТОЧКАХ ПЛАСТИН СООТВЕТСТВУЮТ ВЫРАЖЕНИЯМ 1 2 1 2 1 2 3 а) б) в) ρ = E l d f 162 , 0 ; (3.8) ( ) ( ) ρ γ + π = 3 2 2 1 2 1 10 2 2 4 E l d f , (3.9) ГДЕ l – ДЛИНА ПЛАСТИН; d – ТОЛЩИНА; E – МОДУЛЬ ЮНГА; ρ – ПЛОТНОСТЬ; ( ) d l d 2 2 − = γ . ОПТИМАЛЬНОГО РЕЖИМА РАБОТЫ ДОБИВАЮТСЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ ПОД- ГОНКОЙ РАЗМЕРОВ РЕЗОНИРУЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ, РЕГУЛИРОВКОЙ РАССТОЯНИЯ МЕЖДУ СОПЛОМ И ОТРАЖАТЕЛЕМ И СКОРОСТИ ИСТЕЧЕНИЯ СТРУИ. ОСНОВНЫМ ИХ НЕДОСТАТКОМ ЯВЛЯЕТСЯ ДОВОЛЬНО БЫСТРЫЙ ВЫХОД ИЗ СТРОЯ РЕЗОНИРУЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ В РЕЗУЛЬТАТЕ ДЕЙСТВИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ НАГРУЗОК, СОИЗМЕРИМЫХ С ПРЕДЕЛОМ УСТАЛОСТНОЙ ПРОЧНОСТИ МАТЕРИАЛА. В ДРУГОЙ ГРУППЕ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ ИЗЛУЧАТЕЛЕЙ ЗВУКОВОЕ ПОЛЕ СОЗ- ДАЕТСЯ ЗА СЧЕТ ПУЛЬСАЦИИ КАВИТАЦИОННОЙ ОБЛАСТИ. В ЭТИХ КОНСТРУКЦИЯХ РАБОЧИМИ ЭЛЕМЕНТАМИ СЛУЖАТ СОПЛО И ОТРАЖАТЕЛЬ [3, 12]. ПРИ ИСПОЛЬЗО- ВАНИИ КОНУСНО-ЦИЛИНДРИЧЕСКОГО СОПЛА И ОТРАЖАТЕЛЯ С ЛУНКОЙ, БЛИЗКОЙ ПО ФОРМЕ К ПАРАБОЛОИДУ ВРАЩЕНИЯ, КАК ПОКАЗАНО НА РИС. 3.20, А, МЕЖДУ ТОР- ЦАМИ СОПЛА И ОТРАЖАТЕЛЯ ФОРМИРУЕТСЯ ПУЛЬСИРУЮЩАЯ КАВИТАЦИОННАЯ ОБЛАСТЬ, ОПРЕДЕЛЯЮЩАЯ ПАРАМЕТРЫ ОБРАЗУЮЩЕГОСЯ АКУСТИЧЕСКОГО ПО- ЛЯ. ОПТИМАЛЬНЫЙ УГОЛ ОТХОДА ДЛЯ ОТРАЖЕННОЙ СТРУИ ЛЕЖИТ В ПРЕДЕЛАХ 35 – 40 О , ОПТИМАЛЬНОЕ СООТНОШЕНИЕ ВНЕШНЕГО И ВНУТРЕННЕГО ДИАМЕТРА СО- ПЛА РАВНО 3 – 4, ЧАСТОТНЫЙ ДИАПАЗОН ПОЛУЧАЕМОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НАХОДИТСЯ В ИНТЕРВАЛЕ 0,4 – 40 КГЦ С РЕЗКИМ АМПЛИТУДНЫМ МАКСИМУМОМ ВБЛИЗИ 1 КГЦ. МАКСИМУМ ЗВУКОВОГО ДАВЛЕНИЯ В БЛИЖНЕЙ ЗОНЕ ИЗЛУЧАТЕЛЯ ДОСТИГАЕТ 2 – 4,5 мПА ПРИ СКОРОСТИ ИСТЕЧЕНИЯ СТРУИ НЕ МЕНЕЕ 20 М/С. ПРИ ЭТОМ КПД ИЗЛУЧАТЕЛЯ (ОТНОШЕНИЕ ЭНЕРГИИ ЗВУКОВОГО ИЗЛУЧЕ- НИЯ К КИНЕТИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ СТРУИ) СОСТАВЛЯЕТ 8 – 11 %. УВЕЛИЧЕНИЕ СТА- ТИЧЕСКОГО ДАВЛЕНИЯ ЗА СЧЕТ УВЕЛИЧЕНИЯ ГЛУБИНЫ ПОГРУЖЕНИЯ НЕСКОЛЬКО ПОВЫШАЕТ ЗНАЧЕНИЕ СОЗДАВАЕМОГО ЗВУКОВОГО ДАВЛЕНИЯ. ОДНАКО, ПРИ ПРЕ- ВЫШЕНИИ НЕКОТОРОГО КРИТИЧЕСКОГО ДАВЛЕНИЯ, НАПРИМЕР Р КР = 2 · 10 5 ПА ПРИ СКОРОСТИ СТРУИ ВОДЫ V = 44,8 М/С, КАВИТАЦИЯ ПОДАВЛЯЕТСЯ, И ИЗЛУЧАТЕЛЬ ПЕРЕСТАЕТ РАБОТАТЬ. ПОВЫШЕНИЕ ВЯЗКОСТИ РАБОЧЕЙ ЖИДКОСТИ ТРЕБУЕТ ПОВЫШЕНИЯ СКОРОСТИ ИСТЕЧЕНИЯ СТРУИ. ТАК, ДЛЯ СОЗДАНИЯ ИДЕН- ТИЧНЫХ КАВИТАЦИОННЫХ ЭФФЕКТОВ ДЛЯ ВОДЫ СКОРОСТЬ ПОТОКА V = 30 М/С, ДЛЯ ВЕРЕТЕННОГО МАСЛА V = 46 М/C. ДРУГИМ ВАРИАНТОМ ДАННОГО ТИПА ИЗЛУЧАТЕЛЕЙ ЯВЛЯЕТСЯ КОНСТРУКЦИЯ, ПРИВЕДЕННАЯ НА РИС. 3.20, Б. В НЕЙ КАВИТАЦИОННАЯ ОБЛАСТЬ ТОРОИДАЛЬНОГО ВИДА ПЕРИОДИЧЕСКИ ОБРАЗУЕТСЯ МЕЖДУ КРУГЛЫМ ЩЕЛЕВЫМ СОПЛОМ И ОТРА- ЖАТЕЛЕМ В ВИДЕ ЦИЛИНДРА И СРЫВАЕТСЯ ПО НАПРАВЛЕНИЮ ДВИЖЕНИЯ СТРУИ. В ДАННОМ СЛУЧАЕ ХАРАКТЕР КАВИТАЦИОННОЙ ОБЛАСТИ ПОЛНОСТЬЮ СООТВЕТ- СТВУЕТ ВОЗНИКНОВЕНИЮ КАВИТАЦИИ ПРИ НАТЕКАНИИ СТРУИ НА ПЛОХО ОБТЕ- КАЕМОЕ ТЕЛО. Рис. 3.20 Схемы сопловых излучателей Суперкавитирующие (СК) гидродинамические аппараты по принципу работы можно разделить на динамические – с вращающимися (подвижными) рабочими органами, в основном лопастными; статические – с неподвижными рабочими органами; струйные – со струйными кавитаторами; ком- бинированные – состоящие из различных комбинаций первых трех типов [16]. К динамическим СК-аппаратам можно отнести следующие: − СК-насосы, служащие для перекачивания и одновременной обработки жидких сред, причем они могут быть различных типов – осевые, диагональные и центробежные; − СК-турбины, применяемые для кавитационной обработки жидких сред в трубопроводах за счет использования энергии технологических потоков; − СК-мешалки, служащие для кавитационно-кумулятивной обработки жидкостей в объеме жидко- сти. Рабочие органы СК-мешалок подобны колесам СК-насосов. Динамические СК-аппараты могут применяться в любых технологических схемах непрерывного и периодического или полунепрерывного действия. Например, их можно использовать как самостоятель- ные технологические аппараты, непрерывно перекачивая обрабатываемую среду в циркуляционном контуре реакторов, т.е. многократно подвергая среду кавитационной обработке при заданных условиях, либо в качестве соединительных перекачивающих ячеек в технологической цепочки из различных ап- паратов и т.д. К статическим СК-аппаратам относятся: − СК-статические смесители, неподвижно устанавливаемые в трубопроводах или циркуляционных контурах за центробежными насосами и использующие энергию технологических потоков. Конструк- ция их рабочих органов близка к конструкции колес осевых СК-насосов; − СК-аппараты с осесимметричными кавитаторами в виде дисков, конусов, различных тел враще- ния и т.д. Рабочие органы таких аппаратов устанавливаются в специально спрофилированных проточ- ных участках; − аппараты, состоящие из комбинации первых двух типов или имеющие неподвижные рабочие ор- ганы, которые можно перемещать для регулирования режима работы, либо которые сами могут пере- мещаться в режиме авторегулирования. Струйные СК-аппараты могут быть статическими, рабочими органами которых являются неподвиж- но установленные против основного потока сопла; динамическими, с вращающимися навстречу ос- новному Рис. 3.21 Суперкавитирующий гидродинамический аппарат 1 2 1 2 а) б) 1 2 3 4 5 круговому потоку соплами; пульсационно-струйными, в которых может пульсировать как основной поток, так и поток струйного кавитатора. В качестве примера рассмотрим СК-аппарат, показанный на рис. 3.21. Он состоит из цилиндрических участков 1 входа и выхода жидкости, цилиндрического профилированного конфузора 2 и диффузора 3, центрального штока 4, на котором укреплены кавитаторы-конусы 5. Последние могут перемещаться в диффузоре и тем самым изменять гидродинамическую обстановку в СК-аппарате [16]. 3.2.3 Резонансные и автоколебательные системы для газа В ГАЗОВОЙ СРЕДЕ, ОТЛИЧАЮЩЕЙСЯ МАЛЫМ АКУСТИЧЕСКИМ СОПРОТИВЛЕНИ- ЕМ, СОЗДАНИЕ АКУСТИЧЕСКОЙ МОЩНОСТИ, ДОСТАТОЧНОЙ ДЛЯ ИНТЕНСИФИКА- ЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ, ВОЗМОЖНО ЛИШЬ ПРИ ДОСТИЖЕНИИ ВЫ- СОКИХ ЗНАЧЕНИЙ АМПЛИТУДЫ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ КОЛЕБАНИЙ [3]. В УЛЬТРАЗВУ- КОВОЙ ТЕХНИКЕ ГЕНЕРАЦИЯ МОЩНЫХ КОЛЕБАНИЙ СОЗДАЕТСЯ В ИСТЕКАЮЩЕЙ ПОД ДАВЛЕНИЕМ ГАЗОВОЙ СТРУИ АЭРОДИНАМИЧЕСКИМИ ИЗЛУЧАТЕЛЯМИ, КОТО- РЫЕ РАБОТАЮТ В АВТОКОЛЕБАТЕЛЬНОМ РЕЖИМЕ, – СВИСТКИ ИЛИ С МЕХАНИЧЕ- СКИМ ПРЕРЫВАТЕЛЕМ ПОТОКА – СИРЕНЫ. В ОБОИХ СЛУЧАЯХ ЧАСТЬ КИНЕТИЧЕ- СКОЙ ЭНЕРГИИ СТРУИ ПЕРЕХОДИТ В АКУСТИЧЕСКУЮ ЭНЕРГИЮ КОЛЕБАНИЙ СРЕ- ДЫ. В СВИСТКАХ ГЕНЕРАЦИЯ КОЛЕБАНИЙ ОПРЕДЕЛЯЕТСЯ НЕУСТОЙЧИВОСТЬЮ СТРУИ ПРИ ИЗМЕНЕНИИ УСЛОВИЙ ЕЕ ИСТЕЧЕНИЯ. В ЗАВИСИМОСТИ ОТ КОНСТРУК- ЦИИ СВИСТКИ ПОДРАЗДЕЛЯЮТСЯ НА НЕСКОЛЬКО ТИПОВ, СХЕМАТИЧЕСКОЕ ИЗОБРАЖЕНИЕ КОТОРЫХ ДАНО НА РИС. 3.22. В ВИХРЕВОМ СВИСТКЕ СТРУЯ ГАЗА ПОД ДАВЛЕНИЕМ ТАНГЕНЦИАЛЬНО ВВОДИТ- СЯ В ЦИЛИНДРИЧЕСКУЮ КАМЕРУ (РИС. 3.22, А), ГДЕ ПОТОК ЗАКРУЧИВАЕТСЯ И ПО- СТУПАЕТ В ВЫХОДНУЮ ТРУБКУ, ОСЕСИММЕТРИЧНУЮ КАМЕРЕ. ПОСКОЛЬКУ ИН- ТЕНСИВНОСТЬ ВИХРЯ В ТРУБКЕ РЕЗКО ВОЗРАСТАЕТ ИЗ-ЗА ПЕРЕПАДА ДИАМЕТРОВ, ДАВЛЕНИЕ НА ОСИ СТАНОВИТСЯ МЕНЬШЕ АТМОСФЕРНОГО. ПОЭТОМУ Рис. 3.22 Схемы свистковых излучателей ОБРАЗУЕТСЯ ПЕРИОДИЧЕСКИЙ ПРОСКОК ВНЕШНЕГО ДАВЛЕНИЯ В ТРУБКУ, Т.Е. ПУЛЬСАЦИЯ ДАВЛЕНИЯ. ЧАСТОТА ПУЛЬСАЦИИ f ОПРЕДЕЛЯЕТСЯ ПО ФОРМУЛЕ P P d c f ∆ π α = , (3.10) а) в) б) ГДЕ α – КОЭФФИЦИЕНТ, УЧИТЫВАЮЩИЙ СНИЖЕНИЕ ТАНГЕНЦИАЛЬНОЙ СКОРО- СТИ ИЗ-ЗА ТРЕНИЯ; c – СКОРОСТЬ ЗВУКА; d – ДИАМЕТР КАМЕРЫ; P ∆ – ПЕРЕПАД ДАВ- ЛЕНИЯ НА ВХОДЕ И ВЫХОДЕ ИЗЛУЧАТЕЛЯ; P – ДАВЛЕНИЕ НА ВЫХОДЕ. ВИХРЕВЫЕ СВИСТКИ КОНСТРУКТИВНО ПРОСТЫ, ОДНАКО ИХ МОЩНОСТЬ НЕ ПРЕВЫШАЕТ НЕ- СКОЛЬКИХ ВАТТ ПРИ ЧАСТОТЕ ИЗЛУЧЕНИЯ ДО 30 КГЦ. КПД ВИХРЕВЫХ СВИСТКОВ, Т.Е. ОТНОШЕНИЕ АКУСТИЧЕСКОЙ МОЩНОСТИ К МОЩНОСТИ СТРУИ, ДОСТИГАЕТ 28 %. СВИСТОК ГАЛЬТОНА (РИС. 3.22, Б) СОСТОИТ ИЗ СОПЛА В ВИДЕ УЗКОЙ КОЛЬЦЕВОЙ ЩЕЛИ И ЦИЛИНДРИЧЕСКОГО РЕЗОНАТОРА СО СПЛОШНЫМ ДНОМ И ОСТРЫМИ КРОМКАМИ, НАПРАВЛЕННЫМИ К СОПЛУ. В НАТЕКАЮЩЕЙ НА КЛИН СТРУЕ ОБРА- ЗУЮТСЯ ПЕРИОДИЧЕСКИЕ ВИХРИ С ЧАСТОТОЙ ПУЛЬСАЦИЙ l V k f 466 , 0 = , (3.11) ГДЕ V – СКОРОСТЬ СТРУИ ГАЗА; l – РАССТОЯНИЕ ОТ ЩЕЛИ ДО КЛИНА; , 3 , 2 , 1 = k . КАК ПРАВИЛО, РЕЗОНАТОРНОЙ ПОЛОСТЬЮ УСИЛИВАЮТ ПЕРВУЮ ГАРМОНИКУ, ПРИЧЕМ ЧАСТОТА ОБЪЕМНОГО РЕЗОНАТОРА, РАБОТАЮЩЕГО ПО ПРИНЦИПУ ПЕ- РИОДИЧЕСКОГО НАПОЛНЕНИЯ И РАЗГРУЗКИ ГАЗОМ, ОПРЕДЕЛЯЕТСЯ ВЫРАЖЕНИЕМ ) ( 4 L h c f + = , (3.12) ГДЕ L – РАЗМЕРНЫЙ КОЭФФИЦИЕНТ, ЗАВИСЯЩИЙ ОТ ДАВЛЕНИЯ НА ВХОДЕ. ПРИ ИЗМЕНЕНИИ ДАВЛЕНИЯ ОТ 0,3 · 10 5 ДО 4 · 10 4 ПА L МЕНЯЕТСЯ ОТ 0,73 ДО 0,47 М. ПРИ РА- БОТЕ НА ВОЗДУХЕ СВИСТКИ ГАЛЬТОНА ИМЕЮТ МОЩНОСТЬ НЕСКОЛЬКО ВАТТ ПРИ ПРЕДЕЛЬНОЙ ЧАСТОТЕ 50 КГЦ И КПД 15 – 25 %. ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ЧАСТОТЫ ИЗЛУЧЕ- НИЯ ЛИБО НАГРЕВАЮТ ГАЗ, ЛИБО ИСПОЛЬЗУЮТ ГАЗ С ВЫСОКОЙ СКОРОСТЬЮ РАС- ПРОСТРАНЕНИЯ ЗВУКА В НЕМ, НАПРИМЕР, ВОДОРОД, ПРИ ПРОДУВКЕ КОТОРОГО ПРЕ- ДЕЛЬНАЯ ЧАСТОТА ДОСТИГАЕТ 170 КГЦ. ОТЛИЧИТЕЛЬНОЙ ОСОБЕННОСТЬЮ СВИТКОВ ЛЕВАВАССЕРА ЯВЛЯЕТСЯ НАЛИ- ЧИЕ ДВУХ ТОРОИДАЛЬНЫХ РЕЗОНАТОРНЫХ КАМЕР, ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНО РАСПО- ЛОЖЕННЫХ ПОСЛЕ КОЛЬЦЕВОЙ ЩЕЛИ (РИС. 3.22, В). ВО ВТОРИЧНУЮ РЕЗОНАТОР- НУЮ КАМЕРУ ПОТОК ПОПАДАЕТ ПОСЛЕ ОБТЕКАНИЯ ОСНОВНОГО РЕЗОНАТОРА. ВТОРИЧНЫЙ РЕЗОНАТОР ОБЕСПЕЧИВАЕТ УВЕЛИЧЕНИЕ АМПЛИТУДЫ, А, СЛЕДОВА- ТЕЛЬНО, ИЗЛУЧАЕМОЙ МОЩНОСТИ. ТАК, ПРИ ДАВЛЕНИИ НА ВХОДЕ 4 · 10 4 ПА И РАС- ХОДЕ ВОЗДУХА 390 М 3 /Ч МОЩНОСТЬ ЗВУКА СОСТАВЛЯЕТ 260 ВТ ПРИ КПД 21 %. ЧАС- ТОТА КОЛЕБАНИЙ ПРИ НАЛИЧИИ ВТОРИЧНОГО РЕЗОНАТОРА, РАСПОЛОЖЕННОГО СНАРУЖИ ОТ ОСНОВНОГО, ОПРЕДЕЛЯТСЯ ВЫРАЖЕНИЕМ d d D d A f + = , (3.13) ГДЕ D – СРЕДНИЙ ДИАМЕТР ТОРОИДА; d – ДИАМЕТР ОБРАЗУЮЩЕЙ ТОРОИДА; A = 70,3 М/С. РАССМОТРЕННЫЕ ГАЗОСТРУЙНЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ-ИЗЛУЧАТЕЛИ АКУСТИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ РАБОТАЮТ ОБЫЧНО ПРИ ДОЗВУКОВЫХ СКОРОСТЯХ ИСТЕЧЕНИЯ СТРУИ, СООТВЕТСТВУЮЩИХ ПЕРЕПАДУ ДАВЛЕНИЯ НА ВХОДЕ И ВЫХОДЕ МЕНЬШЕ КРИТИЧЕСКОГО: p ∆ < 1,9 · 10 5 ПА. НАПРАВЛЕННОСТИ ИЗЛУЧЕНИЯ СВИСТКОВ ДОСТИ- ГАЮТ С ПОМОЩЬЮ РУПОРОВ. НЕСМОТРЯ НА БОЛЬШОЙ КПД, АКУСТИЧЕСКАЯ МОЩНОСТЬ СВИСТКОВ ВЕСЬМА НЕЗНАЧИТЕЛЬНА, ПОЭТОМУ ИХ РЕДКО ПРИМЕНЯ- ЮТ В ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ. КАК ПРАВИЛО, В УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ТЕХНОЛОГИИ ИСПОЛЬЗУЮТ СВИСТКИ ВЫ- СОКОГО ДАВЛЕНИЯ ТИПА ГЕНЕРАТОРА ГАРТМАНА (РИС. 3.23). КОНСТРУКТИВНО ГЕ- НЕРАТОР ГАРТМАНА ВЫПОЛНЕН ОЧЕНЬ ПРОСТО: КОНИЧЕСКОЕ СОПЛО, СООСНО СОПРЯЖЕННОЕ С ЦИЛИНДРИЧЕСКИМ РЕЗОНАТОРОМ, Т.Е. КОНСТРУКЦИЯ, СХОДНАЯ СО СВИСТОМ ГАЛЬТОНА. ОДНАКО МЕХАНИЗМЫ ИЗЛУЧЕНИЯ В ГЕНЕРАТОРЕ Рис. 3.23 Схемы генераторов Гартмана ГАРТМАНА И В СВИСТКЕ ГАЛЬТОНА КАЧЕСТВЕННО ОТЛИЧАЮТСЯ. ИЗЛУЧАТЕЛЬ НАЧИНАЕТ РАБОТАТЬ ПРИ ДАВЛЕНИЯХ В СОПЛЕ ВЫШЕ КРИТИЧЕСКОГО, КОТОРОЕ ДЛЯ ВОЗДУХА СОСТАВЛЯЕТ P 1КР = 1,88P 0 , ГДЕ P 0 – АТМОСФЕРНОЕ ДАВЛЕНИЕ. ПРИ ЭТОМ ВНЕ СОПЛА ПОТОК НАЧИНАЕТ ДВИГАТЬСЯ СО СВЕРХЗВУКОВОЙ СКОРОСТЬЮ, Т.Е. ЧИСЛО МАХА – c V = Ma > 1. ВОЗМУЩЕНИЯ, ВОЗНИКАЮЩИЕ НА СРЕЗЕ СОПЛА, ВЗАИМОДЕЙСТВУЯ С ПОВЕРХНОСТЬЮ СТРУИ, ОБРАЗУЮТ ЯЧЕИСТЫЙ ПОТОК, ХА- РАКТЕРИЗУЮЩИЙСЯ ПЕРИОДИЧЕСКИМ РАСПРЕДЕЛЕНИЕМ ДАВЛЕНИЙ ПО ОСИ СТРУИ. НАИБОЛЕЕ ЧЕТКО ПУЛЬСИРУЮЩИЙ ХАРАКТЕР СТРУИ ПРОЯВЛЯЕТСЯ В ПЕР- ВЫХ ЯЧЕЙКАХ, ПОСКОЛЬКУ В ДАЛЬНЕЙШЕМ ТУРБУЛИЗАЦИЯ СТРУИ РАЗМЫВАЕТ КАРТИНУ. ДЛЯ ОСЦИЛЛЯЦИОННОЙ ПУЛЬСАЦИИ ДАВЛЕНИЯ СУЩЕСТВУЕТ И ВЕРХНЕЕ КРИ- ТИЧЕСКОЕ ДАВЛЕНИЕ (ДЛЯ ВОЗДУХА P 2КР = 0,48 МПА), НАРУШАЮЩЕЕ ЯЧЕИСТЫЙ ХА- РАКТЕР; ОНО СВЯЗАНО С ОБРАЗОВАНИЕМ В ЦЕНТРАЛЬНОЙ ЧАСТИ СТРУИ ПЛОСКО- ГО СКАЧКА УПЛОТНЕНИЯ – ДИСКА МАХА. СКОРОСТЬ СТРУИ ЗА ДИСКОМ МАХА СТА- НОВИТСЯ ДОЗВУКОВОЙ, А ДАВЛЕНИЕ РЕЗКО ВОЗРАСТАЕТ. ДЛИНА ВОЛНЫ λ ПРО- СТРАНСТВЕННОЙ ОСЦИЛЛЯЦИИ СТРУИ ОПРЕДЕЛЯЕТСЯ ЭМПИРИЧЕСКОЙ ФОРМУ- ЛОЙ ГАРТМАНА 93 , 0 12 , 1 c − ∆ = λ p d , (3.14) ГДЕ c d – ДИАМЕТР СОПЛА; p ∆ – ПЕРЕПАД ДАВЛЕНИЯ НА ВЫХОДЕ ИЗ СОПЛА, ИЛИ ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ ФОРМУЛОЙ ПЕКА 1 22 , 1 2 c − = λ M d . (3.15) ЭТИ ФОРМУЛЫ ХОРОШО КОРРЕЛИРУЮТ В ОБЫЧНО ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИНТЕРВА- ЛАХ ДАВЛЕНИЙ 4 , 0 2 , 0 с = р МПА ИЛИ ЧИСЕЛ МАХА 7 , ...1 36 , 1 Мa = . ПРЕДПОЛАГАЕТСЯ СУЩЕСТВОВАНИЕ ДВУХ МЕХАНИЗМОВ ГЕНЕРАЦИИ ЗВУКА. РЕЛАКСАЦИОННЫЙ МЕХАНИЗМ ОСНОВАН НА ПУЛЬСАЦИИ ГАЗА МЕЖДУ РЕЗОНАТО- РОМ И СКАЧКОМ УПЛОТНЕНИЯ, ОБРАЗУЮЩИМСЯ В РЕЗУЛЬТАТЕ ТОРМОЖЕНИЯ СТРУИ ПРЕГРАДОЙ. СТРУЯ ГАЗА, ПОПАДАЯ В РЕЗОНАТОР, ТОРМОЗИТСЯ, Т.Е. ЕЕ СКО- РОСТЬ ПАДАЕТ, ЧТО ВЕДЕТ К МЕСТНОМУ ПОВЫШЕНИЮ ДАВЛЕНИЯ ГАЗА. ОБРАЗУ- ЕТСЯ ПЛОСКИЙ СКАЧОК УПЛОТНЕНИЯ, И КИНЕТИЧЕСКАЯ ЭНЕРГИЯ СТРУИ ПРЕОБ- РАЗУЕТСЯ В ЭНЕРГИЮ СЖАТОГО ГАЗА. ПРИ УВЕЛИЧЕНИИ ДАВЛЕНИЯ В РЕЗОНАТОРЕ ОН САМ СТАНОВИТСЯ ИСТОЧНИКОМ ВСТРЕЧНОГО ГАЗОВОГО ПОТОКА, И ДАВЛЕНИЕ В НЕМ ПАДАЕТ. ПЕРИОДИЧЕСКИЕ ЗАПОЛНЕНИЕ И РАЗГРУЗКА РЕЗОНАТОРА СОЗДАЮТ ПУЛЬСИРУЮЩИЙ ВСТРЕЧНЫЙ ПОТОК, КОТОРЫЙ, ВЗАИМОДЕЙСТВУЯ С ПРЯМЫМ ТОКОМ СТРУИ, СТАНОВИТСЯ ИСТОЧНИКОМ ИЗЛУЧЕНИЯ. ОДНОВРЕМЕННО С ПУЛЬ- САЦИЯМИ НАБЛЮДАЕТСЯ ОСЦИЛЛЯЦИЯ СКАЧКА УПЛОТНЕНИЯ. ДАННАЯ ОСЦИЛ- |