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di十三期 penwan与抛wan的wan料jia速机理duibi
发布shi间:2017/1/25 11:50:52

yin yan                                                                                                        

    penwanshiwan義i氖靼琹iao快速流动祄u掌蛍an料。通过penwan产sheng束流包含两个zhong要的因素:首先是要产sheng有着合适速度祄u焖倭鞫钠澹浯问前褀an料混入到快速流动的气体中(见图1)。

 

图1. penwan中直接供料蟙i颤/span>


    抛wanshiwan料会沿着旋转的金属叶片移动直到叶片的边缘位置。空气伴随着wan料一起yun动,在叶片的顶duan位置两者da到相似的速度。图2解释liao在抛wan中wan料yun动的关键特zheng。通过抛wan产sheng束流包含几个zhong要的因素:1、把wan料送入到抛头的中间位置,2、jia速wan料直至其到dakong制舱的出口位置,3、kong制叶片的转速。

    在前两期的文zhang中,已jing介绍liaopenwan和抛wan的wan料jia速机理。一些相关的纋i垡不嵩赽en篇文zhang中继续yong到。ben篇文zhang一个zhong要的kuo展就是讨论wan義i氖骼雓aipen嘴后的yun动特zheng。

    penwan和抛wan产sheng的wan流liang的差yi是很da祄o饔衅溆诺愫腿钡恪huliao旋片penwan,在过去的ban个shi纪中关于wan義i膉ia速方式方面mei有显著的进展。ben篇文zhangchuliao讲述penwan和抛wan的一些过程变liang外,也探讨一下今后可能的新的发展趋shi。文zhang中会包含一些zhong要的公式,但xu要qiang调的是这些公式的使yong并不xu要数学的专业zhishi。

 

图2. 抛wan的wan料jia速蟙i颤/span>


penwan的wan料jia速

    可以通过kong制ya缩空气的参数laikong制wan義i乃俣取a缩空气最zhong要的参数就是pen嘴中祄u掌鴜a力。在pen嘴中增jia空气ya力可以增jiaya缩空气的密度,如图3所示。

 

图3.外部的ya力造成内部“较zhong祄u掌保琣tm=标准da气ya


pen嘴空气速度

    有一个zhong要的原理就是:

    无论在shi么形式的管dao中,ya缩空气的最da速度蕅iang掌械囊羲佟Ⅻ/strong>

    pen嘴中空气速度随空气ya力的变化如图4所示。如果pen嘴中空气的ya力是一个da气ya(和pen嘴外部祄u掌鴜a力相同),那么在pen嘴中mei有明显祄u掌鞫H绻鹺hu渐地增jiapen嘴中祄u掌鴜a力,那么空气的速度会随之增紋inH绻鹥en嘴中祄u掌鴜a力da到两个da气ya,那么空气速度将da到一个极限值,那就蕅iang掌械膕heng速。如果再进一步地增jiapen嘴中祄u掌鴜a力,pen嘴中祄u掌俣冉换峒绦鰆ia!此shi增jia的蕅iang掌拿芏取Ⅻ/span>

 

图4.pen嘴中祄u掌芏萪ui空气速度的影响


    xu要注yi的是,pen嘴中的极限空气速度是在pen嘴的轴xian位置,在pen嘴的侧壁上,空气速度最小(几乎为零),如图5所示。普通直pen嘴祄u掌俣葃u测是bi较简单的。文丘lipen嘴祄u掌俣葃u测更为复詙inⅫ/span>

  

图5 pen嘴中气流速度的分布

    沿着pen嘴的轴xian,气流速度的极限是sheng速。远离轴xian位置的气流由于shou到pen嘴侧壁摩擦力的作yong而jian速。因此,在pen嘴轴xian到pen嘴侧壁的区yu,气流的速度是变化的。pen嘴中气流的平均速度da概是sheng速的三分之二。之前的文zhang提到过,dui于da部分的shang业觤en缱欤琾en枪的平均速度是在210ms-1左右。

pen嘴中wan義i乃俣屈/span>

    就xiang之前介绍到祄o瑆an料固体颗li收到快速流动的气流的作yong而jia速。这种jia速机理在之前的文zhang中也已jing介绍过liao。在介绍这种jia速机理的相关公式之前,xu要介绍下面的简单的定性类bi分析。



困入到管dao中的感jue

    假设困入到一个很da謆en兜牡叵鹿躣ao。如果在管dao中mei有空气流动,那么将感shou不到空气的力liang。如果空气的速度da到mei秒钟10mi,将能明显地感jue到一个推力,但是这并不足以把吹倒。如果在这个管dao中流动着相同速度的shui流,那么将能够明显感shou到一个更da的推力-足以把推倒。这是因为shui的密度bi空气的密度更da。如果流体的密度越da,那么它施jia的推力也更da。如果空气速度da到极限以后继续增da空气ya力,空气速度瞙uanheng变化,但蕅iang掌拿芏仍鰆ialiao,这样可以感shou到一个更da的推力。如果把空气ya力jia倍,在尾部kai放的管dao的轴向位置的气流速度已jingda到liaosheng速。这种高速的气流将会以一个更高的速度推动沿着管dao移动。




                           vs=(1.5.CD. ρA.s/π.d. ρS0.5(va-vs)                      (1)

    其中vS=wan義i钠骄俣龋渲蠧D是指“阻力xi数”(该值是无liang纲数,取决于物体的形状,dui于一个光滑的球体CD≈0.5),ρA是ya缩空气的密度,s=wanlikai始jia速后移动的距离,d=平均wanli謆en叮悬sub>S是wan義i拿芏龋瑅a蕅iang掌鞯乃俣龋瑅s是wanli的速度。(va-vs)定yi为wanli相dui于空气流的“相秠un俣取薄Ⅻ/span>

    公式(1)可能kan起lai有点复杂,mei有必要为liao使yong这个公式而要成为一个数学家。最简单的方法就是使yongExcel电子表,皔a剑?)zhong新整理一下。表1显示liao如heyong下面的公式计算出wanli的速度:

C11=C9*((1.5*C3*C5*C4*C8)/(C6*C7))^0.5/(1+((1.5*C3*C5*C4*C8)/(C6*C7))^0.5)

    电子表可以简单方便地得出特定参数随变liang的变化而变化的曲xian。也可以使yong电子表得出其它参数变化duiwanli的速度影响的da小。


表1 使yongExcel计算的congpen嘴中出lai的wan義i乃俣屈/span>

 


congpen嘴中出lai的气流

    空气是一种可以ya缩的流体。dangya缩空气congpen嘴中pen出之后,它会以最快的速度kuo散到da气中。在图6中,VS表示liao空气的侧向速度,VF表示liao空气的向前速度,使yong这两个速度代表空气kuo散的效果。图6的状态符合dangpen嘴中的ya力为4atm是,气流kuo散后的謆en妒莗en嘴謆en兜牧奖丁Ⅻ/span>

    研緆e鞯囊桓龌鵥en问题就蕅iang掌莐an不见的。在其它工业领yu中,通常在气流中通入yan雾lai进xing研究。研究的一个zhong要区yu就蕅iang拷黳en嘴出口的位置。图7表示的是在一个透明的管中sai入发泡塑料。塑料chu于ya缩的状态,dang它cong管(Achu的形状和图6謝ing閤ian的形状相同)中出lai的shi候可以mo拟ya缩空气pen出的状态。直xianC与发泡塑義i谋咴迪嗲校湃胪贾形猯iao表示pen出气流的yuan锥体的形状。

    气流的yuan锥体的形状一致保持到cong气流pen出laikai始到超过penwan的距离结束。

 

图6 气流离kaipen嘴后的状态


 

图7 在管子中sai入可ya缩物体的mo型


congpen嘴中出lai的wan流

    mu前已jing采yong直接的方法(高速摄xiang机)和间接的方法(检查平板蓌i膒enwan后的凹坑)研究离kaipen嘴后的wan流。有一个zhong要的问题就是:“dangwan料congyuan筒形pen嘴中pen出后为shi么是yuan锥体的形状?”。答案就在图6的的侧向速度,VS。离pen嘴的中轴xian越远,VS越da。气流的侧向移动促使着其中的wan料也会产sheng轻wei的侧向移动,最终产shengliaoyuan锥体的形状。

    dangwan料congpen嘴中pen出之后,wan義i膟un动速度会bi气流的yun动速度慢。这yi味着wan料会进一步的jia速,直到wan義i乃俣群推鞯乃俣认嗤R虼嘶岬玫阶頳awan料速度的“最佳点”。之前的研究zheng明penwanqiang度会在“最佳点”chuda到最da值(一般情况下为离kaipen嘴的距离250mm)。过liao“最佳点”后,空气速度di于wan義i乃俣龋瑆an料kai始jian速。


抛wan的wan料jia速

    关于抛wan的wan料jia速在之前的文zhang中已jing介绍过liao。wan料是在快速旋转叶片的离xin力的作yong下jia速的。mei个wan料cong叶片的顶部离kaishi,都具有两个速度,VT和VR,其中VT是切向速度,VR是径向速度,它men是wanli的zong的速度VS的两个矢liang,如图8所示。

 

图8.即将离kai叶片顶duan的wanli的结合速度矢liang


    在之前的文zhang中已jing讲过,wan料离kai叶片顶部shi的速度VS的影响因素有叶轮速度N,叶片长度L和叶轮ban径R。这些因素如图9所示。推导VS的等式为:

    VS=(2πN)( R2+2.R.L-L2)0.5                       (2)

    公式(2)具备以下几种yongtu:

    例1 计算抛出的wan義i乃俣龋琕S

    假设叶轮的旋转速秗en?0 r.p.s,即N=50s-1,R=0.2m,L=0.1m。把这些数据代入到等式(2)中,可以得到:

    VS=2*π*50(0.22+2*0.2*0.1-0.12)0.5,可以得到VS=83ms-1

    例2 计算不同的叶片长度duiwan料速度的影响

    例如,在上一个例子中,如果叶片的长度仅为0.05m,那么可以得到:

    VS=2*π*50(0.22+2*0.2*0.1-0.052)0.5,可以得到VS=75ms-1

    在上面的两个例子中,wan料速度的差yikan起laibi较小,但是xu要记住的是wan料动能是与其速度的平方成zhengbi的。dangwan義i乃俣仁?3ms-1shi,其具有的动能biwan義i乃俣仁?5ms-1shi要da22.5%。

 

图9. 抛wan的变liangduiwan料速度的影响 


两种wan料jia速方式的duibi

    传tong的wan流产sheng的方式主要是两謟hi椒?penwan和抛wan。两种jia速wan義i姆椒ǚ直餬i较类似于pen气式滑xue和浆轮船的工作机理。“quan外的si考”可能是发掘其它方法的一种bi较好的方法。在这一节中,将讨论两种可能的替代方式。

直接空气ya缩

    penwan中的ya缩空气通常发挥的间接的作yong。首先空气ya缩至一个ya载舱中,然后通过ruan管供gei到penwan室中。有一个si路就是通过一个小的独li的ya缩机直接连到mei个pen嘴上。图10就是这种si路的图解。

 

图10. ya缩空气直接驱动蟙i颤/span>


    这个直接的驱动蟙i晨梢员苊獯玹ong的ruan管输送的mo式。变速传动将和ya力传感qi配合进xing一个bi合huan路kong制。

螺旋wan料推进

    把抛wan与浆轮船进xingduibi后yin发liao一个想法,那就蕅iang梢yuan蓎ong更觴ingshi穆菪平姆绞浇鴛ingwan料jia速。螺旋推进的方法guangfan应yong于固体和液体(普通转速)以ji气体(高速转速)的介质中。在jing过一些文献专著的研究之后,mei有发现在固体介质中的renhe高速转速的应yong。但这并不yi味着这謟hi椒ň筒豢蓌ing。图11呈现liao采yongya缩空气和a基mi德联合推动的方法。螺旋装謒ei梢杂胪獠康钠紫嗔部梢栽谝桓鼍蔡钠字衘iaya。这种结合方式可以在高精度di效聅hi膒enwan和di精度高效聅hi呐譿an之间找到另外一种中间状态的wan料jia速方式。

 

图11 空气ya缩机和螺旋式ya缩机结簒i膚an料jia速方式示yi图


结论

    penwan是一种完quan取决于过程kong制的工艺。mu前覆盖率和penwanqiang度等参数已jingguangfan应yongliao。penwan的过程kong制取决于这些参数的联合作yong。这些联合作yong可以yong图示或等式或两者结簒i姆椒ń鴛ing表da。在这篇文zhang中,主要研究liao单个参数duiwan流的影响。可以充分利yongExcel表格lai研究单个参数变化duihan数值的影响。只xu要把各个参数值输入到Excel表格的公式中,然后按下“萬anā奔涂梢匝芯空庑┎问齞uiwan料速度的影响liao。

    penwan技术的不断进步xu要在mu前penwan装备上做出或da或小的改进。可能mu前在改进路蓌i淖頳a的zhang碍就是的态度,“一直yong的就是这謟hi椒ú⑶液苡xingВ俏猻hi么要改变呢”。只有不秞i拇葱虏拍躣ailai收益的增长。在ben篇文zhang中gei出liao两个例子,可能能指出今后可以作出改变的地方。