ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Описание к ИЛ№83-137-02.

Результат выполнения НИР.

Одним из направлений существенного снижения сроков проектирования новых и модернизации существующих двигателей внутреннего сгорания является создание системы их автоматизированного проектирования (САПР). Наличие обеспечивающих систем в структуре САПР, включающих в себя техническое и программное обеспечение, является обязательным. С учетом данных требований и значительного количества результатов экспериментальных исследований разработана методика и алгоритм аэродинамического расчета осевого вентилятора, как с осевым, так и с радиально-осевым входным устройством (РОВУ) (рис. 1).

РОВУ - радиально-осевое входное устройство; К - рабочее колесо;

СА - спрямляющий аппарат

Алгоритм разработан таким образом, что аэродинамический расчет осевого вентилятора должен осуществляться с помощью персонального компьютера (ПК). С целью обеспечения непрерывного процесса расчета графические зависимости, по которым выбираются значения отдельных параметров, аппроксимированы эмпирическими уравнениями.

Гидравлические потери на входе в вентилятор зависят от конструктивных особенностей входного устройства. Для осевого вентилятора с осевым входом потока без кока наиболее распространёнными являются очерченные по дуге круга (радиусные) или лемнискате, конические и переходные (с прямоугольника на круг или наоборот) входные устройства.

Вентиляторы данной конструкции, как правило, изготавливают с листовыми (штампованными) лопатками. Они используются на транспортных, дорожно-строительных, сельскохозяйственных и других машинах. Коэффициент гидравлического сопротивления радиусного коллектора определяется либо по графику (рис. 2), либо по таблице 1.

1 - неточёный коллектор без торцовой стенки; 2 - точёный коллектор без торцовой стенки; 3 - неточёный коллектор с торцовой стенкой

Таблица 1

При этом гидравлический диаметр (d_г) определяется из выражения

, (1)

гдеf- площадь проходного сечения, м ²;

П - периметр коллектора (кожуха) в зоне месторасположения колеса, м.

В результате математической обработки табличных данных получено значение гидравлического сопротивления для радиусного неточеного коллектора:

x_в=k_в+m_вЧ(r_в/d_г)+n_вЧ(r_в/d_г) ²+p_вЧ(r_в/d_г) ³, (2)

гдеr_в- радиус входа, м;

k_в=1,018543,m_в=-16,577923,n_в=97,043740 иp_в=-193,986994 - значения коэффициентов для неточеного коллектора без торцовой стенки;

k_в=0,497135,m_в=-7,506568,n_в=46,959321 иp_в=-105,775720 - значения коэффициентов для неточеного коллектора с торцовой стенкой.

Относительная погрешность, соответственно, составляет

d= +8,6…-9,3 иd= +6,7…-8,3%.

Если коллектор точеный без стенки, то значение _в выбирают из таблицы 1 или по графику.

Для конического коллектора (рис. 3) коэффициент гидравлического сопротивления равен:

, (3)

где - угол раскрытия конуса, град.;

l_к- длина конической части, м.;

Рис. 3. Схема конического коллектора и зависимостьx_в=f(l _k/d_Г,g):

а) - с торцовой стенкой; б) - без торцовой стенки

Для конического коллектора (раструба) со стенкой и без стенки при определенных значениях угла раскрытия конуса и отношения получены разные значения коэффициентов (таблица 2) эмпирической зависимости (3), по которой определяется коэффициент гидравлического сопротивления.

Для конического коллектора (раструба) (рис. 3) коэффициент гидравлического сопротивления можно также определить по графику.

Учитывая, что потери в радиусных входных устройствах зависят от радиуса входа (r_в) и гидравлического диаметра (d_г), следует выбратьr_в, обеспечивая минимальные потери на входе. Так как минимальный коэффициент гидравлических потерь на входе составляет 0,03 при , тоr_ві0,2d_г.

В случае, когда величину данного радиуса нельзя обеспечить конструктивно, его значение выбирается произвольно и определяется коэффициент гидравлического сопротивления.

Гидравлические потери осевого вентилятора с радиально-осевым входным устройством складываются из потерь на входе _в и в самом РОВУ.

Зависимость коэффициента гидравлического сопротивления от радиуса входа известна и его значение может быть определено по уравнениям, таблице 1 или по графикам (рис. 2). Но в связи с тем, что потери получены экспериментальным путем для РОВУ, имеющего радиус на входеr_в= 0,03 м, данные потери можно не учитывать.

Для определения потерь в РОВУ получены эмпирические зависимости на основании экспериментальных данных.

Известно, что коэффициент гидравлического сопротивления осесимметричного,радиально-осевого (осе-радиального)и конфузорного (диффузорного) каналов (рис. 1) зависит от таких параметров как степень поджатия каналаk, радиус входаr_в, относительный радиус кривизны внутренней образующей канала , относительная радиальность , число Рейнольдса r _e и других. Степень поджатия канала

k=f_в/f_А. (4)

Число Рейнольдса определяется по уравнению работы

, (5)

гдеd_г- гидравлический диаметр, м;

n- кинематическая вязкость при расчётной температуре (n=15Ч10 ^-6 при стандартных условиях окружающей среды).

, (6)

где ₀ - динамическая вязкость, ПаЧс.

Из данных таблицы 3 с помощью математического аппарата получено уравнение для определения кинематической вязкости в зависимости от температуры

n=(13,231344+0,0901835t+0,0001015t²)Ч10 ^-6. (7)

Значение кинематической вязкости воздуха (при давленииb₀=101332 Па) в зависимости от температуры можно выбрать из таблицы 3 или определить по уравнениям (6) или (7).

Таблица 3

Динамическая вязкость определяется:

m₀= 17,0 , (8)

гдеt- температура, ^оС. Относительная погрешность -1,2…+3,2%. Более точный результат обеспечивает кубическая зависимость

n=(13,149121+0,075798t+0,0003805t ²-0,000001t ³)Ч10 ^-6. (9)

Относительная погрешность -2,1…+1,7%.

Можно сделать вывод, что относительная погрешность, полученная при расчете параметров осевого вентилятора с помощью эмпирических зависимостей, не превышает 10 %, следовательно, их можно использовать в инженерных расчетах.

Полученные эмпирические уравнения позволяют существенно сократить время на аэродинамический расчет вентилятора с помощью ПК.

Таблица 2