Устройство для формирования многокомпонентной кавитирующей струи жидкости

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ МНОГОКОМПОНЕНТНОЙ КАВИТИРУЮЩЕЙ СТРУИ ЖИДКОСТИ(71) Заявитель Белорусский национальный технический университет(72) Авторы Качанов Игорь Владимирович Веременюк Валентин Валентинович Филипчик Алексей Вячеславович Ушев Святослав Игоревич Рубченя Антон Андреевич(73) Патентообладатель Белорусский национальный технический университет(57) Устройство для формирования многокомпонентной кавитирующей струи жидкости,содержащее корпус, выполненный с внутренней поверхностью в виде поверхности вращения, включающей конфузор, соединенный с ним цилиндрический участок, дополнительную ступень обработки, диффузор и втулку на основе бентонита, расположенную в конфузоре, отличающееся тем, что конфузор выполнен с углом конусности опт с учетом изменения числа Рейнольдсаот 4000 до 100000 и равен 1- характеристика сужения конфузора 1 1, 2 - радиусы на входе и выходе из конфузора соответственно- кинематический коэффициент вязкости- коэффициент сжатия струи 2 - скорость на выходе из конфузора.(56) 1. Патент 2034640 1, МПК 01 5/00 // Бюл.13. - 10.05.05. 2. Патент 6833 , МПК В 08 В 3/02, В 08 В 3/04, В 63 В 59/00, опубл. 10.12.30. 3. Альтшуль А.Д., Киселев П.Г. Гидравлика и аэродинамика (Основы механики жидкости). - М. Стройиздат, 1975. - С. 229-231. 4. Альтшуль А.Д. Гидравлические сопротивления. - М. Недра, 1982. - С. 177-179. 5. Башта Т.М. и др. Гидравлика, гидравлические машины и гидравлические приводы. М. Машиностроение, 1970. - С. 25-28. 6. Чугаев Р.Р. Гидравлика Учебник для вузов. - Л. Энергия, 1982. - С. 159-160. Предлагаемая полезная модель относится к гидродинамической очистке и упрочнению поверхностного слоя металла, может быть использована для очистки подводных сооружений, например внешних поверхностей судов, находящихся на плаву, от ржавчины,обрастаний и различных наслоений. Известен гидрокавитационный генератор 1, который содержит корпус, выполненный с внутренней поверхностью в виде поверхности вращения, включающей конфузор. С конфузором соединен цилиндрический участок с дополнительной ступенью обработки,выполненной между цилиндрическим участком и диффузором. Образующая дополнительной ступени обработки имеет профиль, отличный от профиля образующей цилиндрического участка. Недостатками известного устройства являются недостаточно высокая эффективность и качество очистки, которые снижаются при выполнении конфузора без учета оптимального угла конусности и недостаточного использования динамического давления струи. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является устройство для формирования многокомпонентной кавитирующей струи жидкости 2. Указанное устройство содержит корпус, выполненный с внутренней поверхностью в виде поверхности вращения, включающей конфузор, соединенный с ним цилиндрический участок, дополнительную ступень обработки, диффузор и втулку на основе бентонита, расположенную в конфузоре. Недостатками указанного устройства являются недостаточно высокая эффективность и качество очистки металлических поверхностей, которые снижаются в результате того,что расчет оптимального угла конусности конфузора опт выполнен без учета изменения числа Рейнольдса . Задачей, решаемой предлагаемой полезной моделью, является повышение эффективности и качества очистки металлической поверхности путем формирования более компактной струи жидкости и увеличения ее динамического давления. Решение поставленной задачи достигается тем, что в устройстве для формирования многокомпонентной кавитирующей струи жидкости, содержащем корпус, выполненный с внутренней поверхностью в виде поверхности вращения, включающей конфузор, соединенный с ним цилиндрический участок, дополнительную ступень обработки, диффузор и втулку на основе бентонита, расположенную в конфузоре, конфузор выполнен с оптимальным углом опт с учетом изменения числа Рейнольдсаот 4000 до 100000 и равен 2- характеристика сужения конфузора 1 1, 2 - радиусы на входе и выходе из конфузора соответственно- кинематический коэффициент вязкости- коэффициент сжатия струи 2 - скорость на выходе из конфузора. Сущность полезной модели поясняется чертежом, где на фиг. 1 схематически представлено устройство для формирования многокомпонентной кавитирующей струи жидкости, на фиг. 2 представлена расчетная схема конфузора, на фиг. 3 представлен график зависимости полных потерь напора от угла конусности конфузора . Устройство содержит корпус 1, выполненный с внутренней поверхностью в виде поверхности вращения,включающей конфузор 2. С конфузором 2 соединен цилиндрический участок 3 с дополнительной ступенью 4 обработки, выполненной между цилиндрическим участком 3 и диффузором 5, в конфузоре 2 расположена втулка 6 на основе бентонита. Образующая дополнительной ступени 4 обработки имеет профиль, отличный от профиля образующей цилиндрического участка 3. В работе 2 приводится решение вариационной задачи по минимизации потерь напора в потоке жидкости, проходящем через конфузор. Очевидно, что минимизировать потери можно за счет использования оптимального угла конусности конфузора опт. При расчете конфузора (фиг. 2), в соответствии с рекомендациями 3, 4, 5, полную потерю напорабудем рассматривать как сумму двух слагаемых.,(1) где- потери напора на трение. - потери напора на сужение. Потерю напора на трение рассчитаем следующим образом. Рассмотрим круглый конфузор с прямолинейной образующей и с угломпри вершине. Пусть радиус входного отверстия конфузора равен 1, выходного - 2 (фиг. 2). Так как радиус сечения и скорость движения жидкости являются величинами переменными вдоль конфузора, то следует взять элементарный отрезок конфузора длинойвдоль образующей и для него выразить элементарную потерю напора на трение по основной формуле 2,(2) 2 2 где- коэффициент потерь на гидравлическое трение- значение средней скорости в произвольно взятом сечении, радиуса . Из треугольника(фиг. 2) следует 2 На основании уравнения постоянства расхода можно записать где 22, где 2 - скорость на выходе из конфузора. 79692012.02.28 Формулу для определения числа Рейнольдса запишем где- кинематический коэффициент вязкости. В работе 6 на основании обработки многочисленных опытов по исследованию движения жидкости в круглых гладких (латунных) трубах при числах Рейнольдсаот 4000 до 100000 установлена эмпирическая зависимость 0,31640, 25 . 2 22 Выполнив интегрирование по длине образующей вдоль всего конфузора, получим 1 41, 750, 25 2- характеристика сужения конфузора где 1- угол конусности конфузора. При расчете потерь напора на сужение используем зависимость 2(11)..1 ,где . - коэффициент смягчения- коэффициент сжатия струи (на основании данных 3, 4 0,0430,57). 1,12 По графической зависимости, полученной А.Д. Альтшулем и А.И. Калицуном, коэффициента .с от угла конусности 3, 4, используя метод наименьших квадратов, выражение (1) с учетом формулы (9) запишем в следующем виде 2 Для определения оптимального угла конусности опт, при котором потери напора бу дут минимальными, возьмем производную 0 и приравняем ее нулю. Тогда при В процессе эксперимента был изготовлен конфузор с углом конусности, рассчитанный по формуле (13), определены величины полных потерь напора. Полученные результаты приведены в таблице. Зависимость полных потерь напора от угла конусности конфузораУгол конусности ,Потери напора , м Как свидетельствуют полученные данные, устройство позволяет получить более компактную струю жидкости с увеличением ее динамического давления за счет снижения полных потерь напора в устройстве, что повышает эффективность и качество очистки металлических поверхностей. На фиг. 3 приведен график зависимости полных потерь напора от угла конусности конфузора . Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.