Еркін ағыстың сипатына сыртқы акустикалық әсердің ықпалы
Мазмұны
Кіріспе
Бөлім 1.Еркін ағыстағы ағынның сипаттамасына акустикалық әсердің ықпалына және ағыстың еркін шекаралық қабатта турбуленттікке өтуіне шолу жасау.
§1-1.Ағынды орнықтылықтың сызықтық теория шеңберінде зерттеу туралы түсінік.
§1-2.Құйын өсуінің сызықтық емес теориясы негізінде ауысу құбылысын қарастыру.
§1-3.осесимметриялық ағынның бастапқы және соңғы бөліктеріне ағыстың периодтық структурасының әсері.
1.4 Еркін ағыстың сипатына сыртқы акустикалық әсердің ықпалы.
§1.5.Аз қыздырылған өске симметриялы ағынның жылулық сипаттамасы.
2 бөлім.Тәжірибелік бағыттар,аппаратура және өлшеу әдістері
§2.1 Тәжірибелік қондырғының сипаты және ағыс суретіне шолу.
§2.2 Аппаратура және жылдамдық пульсациясын өлшу әдістемесі.
§2.3Аппаратуралар мен орташа және пульсациялық температураны өлшеу әдістері.
ІІІ бөлім.Ағынның жылулық сипатына акустикалық әсердің ықпалы.
§3.1.Ағын өсі бойындағы орташа және пульсациялық сипаттамалар.
§3.2.Ағынның көлденең қимасының орташа және пульсациялық сипаттамалар.
§3.3 Кеңістіктік және бір нүктелі корреляцияларды өлшеу.
§3.4.Ағынға нейтралды жиілікпен әрект ету.
4-бөлім.Фазалық таңдау әдісі бойынша бастапқы бөліктегі ағынның структурасын эксперименттік түрде зерттеу.
§4.1.Температураның сынама өлшемін алу.
§4.2.Құйындар қозғалысының фазалық жылдамдығын анықтау.
§4.3.Құйындағы жылдамдықты өлшеу.
§4.4 Құйындағы температураның таралуы.
Кіріспе
Турбуленттік ағыстың қарқындылығы бастапқы және соңғы ағыстың өту шартына және сырқы орта әсеріне байланысты.Сыртқы орта әсерін процестермен басқаруға болады.Ағыстың құрылымына қарқынды әсер ететін әдістердің бірі ағыстың соңғы бөлігіне бойлық акустикалық толқынды қою болып табылады.Дыбыстық толқындардың жиілігіне байланысты жылдамдықтың турбуленттік пульсациясының күшеюі немесе бәсеңдеуі,орташа жылдамдықтар өрісінің қайта орналасуы және ағынның ұзақтығының өзгеруі орын алады.
Сыртқы орта әсерінен турбуленттік қозғалыстың күшеюі немесе бәсеңдеуі көптеген құрылғыларды пайдалануға жол ашады.Мысалы химиялық технологияда және ағындық аппараттарды құрастыру мен пайдалануда және сонымен қатар физикалық құбылыстарды түсінуде маңызды рөл атқарады.
Бірақ қарастырылған тәжірибелер тек ағынның бірнеше аэродинамикалық сипаттамаларын ғана қамтиды.Бұл жұмыста акустикалық әсердің еркін ағынның бастапқы және соңғы бөліктерінің температура өрістеріне ықпалы қарастырылған.Ағынның құйынды құрылымын меңгерудің тәжірибелік әдісі құрылып сыннан өткізілді,сонымен қатар ағынның бастапқы бөлігінде құйынның пайда болу құрылымы қарастырылды.
Бөлім 1.Еркін ағыстағы ағынның сипаттамасына акустикалық әсердің ықпалына және ағыстың еркін шекаралық қабатта турбуленттікке өтуіне шолу жасау.
§1-1.Ағынды орнықтылықтың сызықтық теория шеңберінде зерттеу туралы түсінік.
О.Рейнольдс 19-шы ғасырдың соңғы ширегіде ламинарлық ағыстың турбуленттікке ауысу құбылысын анықтады.Тәжірибелік және теориялық зерттеулер әлі күнге дейін жалғасуда,өйткені турбуленттік ағынның пайда болу теориясы өте күрделі.Ламинарлық шекаралық қабаттың тұрақсыздығының себебі қондырғының камерасындағы және аэродинамикалық құбырлардағы акустикалық шу,вибрация және басқа да сыртқы факторлар.Алайда,Тұрақсыздықтың әрі қарай артуы Рейнольдс санына байланысты.Егер Re шектік аз болса ,онда шекаралық қабатта пайда болатын аз ғана ауытқу өшеді,ал Re= болса күшейеді және нәтижесінде ағыс турбуленттікке ауысады.Ал Рейнольдстің шектік мәні ағынның таралуына байланысты,яғни қысымның градиентіне ,шекаралық қабаттың қалыңдығының жасанды жолмен өзгеруіне,жылу берілімдерге.
Шекаралық қабатта ламинарлық ағыстың турбуленттікке ауысуын 5 бөлікке бөліп қарастыруға болады:
1.тұрақты ағыс алаңы
2.Толлмин-Шлихтинг толқынының пайда болу және өсу аймағы
Ол ағынның тұрақсыздығынан туады
3.үшөлшемді Бенни-Лин толқынының пайда болуы және өсу аймағы
4.құйынның пайда болу аймағы және екіөлшемді тұрақсыздықтың өсуі
5.турбуленттік дақ Эммонстың пайда болу аймағы және жетілген турбуленттік ағынға көшу аймағы.
Бірінші және екінші аймақтар гидродинамикалық тұрақтылықтың сызықтық теориясымен толық сипатталады.Бұл теория шекаралық қабаттағы ағынға байланысты ,яғни ламинарлық ағыстың шексіз аз ауытқуы кеңістік бойынша немесе уақыт бойынша өсетінін немесе өшетінін анықтайды.Еркін шекаралық қабаттағы тұрақсыз ағысқа байланысты қысқаша шолу жасайық.
Ағындағы жылдамдықты және қысымды пульсациялық шама ретінде алайық:
U=U+u' ,V=v' ,P=P+p' (1.1)
Мұнда u'≪U , p'≪P.Құйынды өріс үшін жеке тербелістің ток функциясын берейік
(1.2)
Мұндағы φ=φr+iφi-құйынның комплекстік амплитудасы,
- толқындық сан,-толқын ұзындығы.Сұйықтың жазық қозғалысына арналған Навье-Стокс теңдеуі Орра-Зоммерфельд теңдеуіне ауысады
(1.3)
Бұл теңдеудіз ерттеу тұрақтылықтың сызықтық теориясы негізінде жүргізіледі.Мұндағы ,c=βα=cr+ici- комплекстік шамалар,мұндағы βr-шеңберлік жиілік,ci-тербелістің фазалық жылдамдығы,
βi және ci -коэффиценттер,бұл коэффиценттер құйынның өшуді (βi , ci0) немесе өсуін (βi , ci0) білдіреді.Рейнольдстің үлкен шамалары үшін (1.3) теңдеуі мына түрде болады
(1.4)
Шекаралық қабаттан тыс жерде құйын жоғалады,осыған мына шектік шарттар сәйкес келеді:
Егер шекаралық қабаттағы жылдамдық сызықтық сипатта болса онда теңдеу мына түрде болады:
Осындай теңдеудің шешімі мына түрде болады:
Бұл теңдеу ағынның әртүрлі бөліктерін сипаттайды:
φ(y)= A1e-αy+B1eαy δ=y=infinityA2e-αy+B2eαy 0=y=δ A3e-αy+B3eαy -infinity=y=0
Мұндағы δ-шекаралық қабаттың қалыңдығы,осы шамаға байланысты Рейнельдс саны анықталады.
Шекаралық аймақтағы жылдамдық компонентерінің теңдігін және көріністердің үздіксіздігін пайдаланып релей мына шешімді алды:
сUa=12+-12αδ(αδ2-1)2-e-2αδ
Фазалық жылдамдық тұрақты болып қалады:
cr=0.5Ua
αδcicr=e-2αδ-(αδ-1)2 шамасы кеңістіктік күшею шамасы деп аталады және ол құйынның күшею шамасын сипаттайды.Толқындық санға қарағанда ол әр түрлі мән қабылдай алады.Максималдық коэффициенті αδ=0,797 тең болғанда ол 0,402 мәнін қабылдайды.Құйынның толқын ұзындығы тең.Амплитуданың ең үлкен мәні үшін қалыңдық δ*=δ3 үшін
Осыдан шекаралық қабат қалыңдығына байланысты шексіз жиілік 0,0211 - ге тең екені анықталады.Жүргізілген тәжірибелер нәтижесі теориялық мәндермен сәйкес келеді. Тәжірибелік нәтижелермен анықталған Струхаль саны мына тәуелділікке бағынады Sh=k∙Re
Мұндағы к-тұрақты,ол ағынның ағып өтуінің бастапқы шарттарына байланысты.Re1.2∙105 мәні үшін к саны 0,0195-ке тең,ал к=0.0211 үшін Re3∙105 мәнін қабылдайды.Мұндай айырмашылықтар қондырғының каналдарының әр түрлі формада болуына байланысты.к коэффициентінің мәні шекаралық қабаттың қалыңдығына және құбырлардан ағып өтетін ағынның жылдамдығына байланысты анықталады:
δ*d=kRe
Құбыр аймағы мен ауысу нүктесіне дейінгі қашықтықтың 85-95%-ы құйынның сызықтық өсу аймағын құрайды,яғни тәжірибе арқылы шекаралық қабаттағы тербеліс жылдамдығын анықтауға болады,ол синусойдалық формаға сәйкес келеді.1.3-ші суретте көрсетілген.
§1-2.Құйын өсуінің сызықтық емес теориясы негізінде ауысу құбылысын қарастыру.
Сызықтық теориясы маңызды тәжірибелік нәтижелер береді.Бірақ бұл теория құйынды ағыстың ұзақ уақыт өсуі туралы дұрыс шешімдер бере алмайды.
Рейнельдс саны үшін тұрақсыз ортадағы құйын уақыт бойынша өзгеріп отырады.Бірақ тәжірибе жүзінде олар уақыт бойынша тұрақталады немесе ламинарлық ағыс жойылады.Осыған байланысты сызықтық емес мүшелерді ескеру керек болады.
Осындай есепті шешудің модифицирленген әдісін академик Струминский В.В ұсынған болатын.Бұл әдісте ток функциясы мына түрде болады:
(1.5)
Бұл әдісте уақыт үзіндісі мына түрде беріледі:
(1.6)
Мұндағы ε-кіші параметр,Tn-белгісіз функциялар жиындығы,An- ыдырау коэффициенті,Фn-координата және уақытқа тәуелді функция.Осы шарттарды қолдана отырып қозғалыстың теңдеуіне (1.5) және (1.6) қойып рекурренттік дифференциалдық теңдеулер аламыз.Бұл теңдеу кейін жай дифференциалдық теңдеуге айналады.Бірінші жуықтауда құйын қозғалысы үшін ток функциясы мына түрде болады:
{φ1α1Re0} тұрақты ағыс бөлігінде t -ның үлкен мәндері үшін бірінші жуықтау нөлге ұмтылады,ал (γ10) тұрақсыз бөлігінде уақыт бойынша тұрақтанады.Басқа жуықтаулар да осыған ұқсас жүреді.
Егер бастапқы шарттарды өзгертім төмендегі теңдеудің жеке шешімін тапсақ
Мынаны аламыз
(1.7)
Мұндағы А1(t) - ның мәні бір болады. γ10 болғанда және t мәнінің өсуі кезінде ток функциясы нөлге ұмтылады.Ал егер γ10 болғанда және t - ның аз мәні үшін (1.7) - ті жазамыз
Бұл құйынның уақыт бойынша тұрақтанатынын білдіреді бірақ ағыс ламинарлы және периодты болады.
Осы жұмыстарды негізге ала отырып құйындалған ламинарлық ағыс кейін тағы да ламинарлық ағысқа айналады,бірақ оның құрылымы күрделі болады.Бұл ауысу туралы ең алғаш Л.Д.Ландау ұсынған болатын.Бірақ жаңа перидтық ламинарлық ағыстың құпиялары әлі ашылмады.Бұл күрделі қозғалыс құрылымы реттелген құйындарға байланысты,яғни әрбір жеке құйын ішкі ламинарлық ағыстан құралады.Пайда болған құйын белгілі бір өлшемде болу керек.Бірақ бұл ағыс турбуленттік емес өйткені турбулеттік құйындардың жиілігі ауқымды болу керек.Алғашқы кіші масштабтағы құйындар ағыс бойымен төмен қарай қозғалып басқа қлкен масштаптағы құйындармен бірігуі мүмкін.Пайда болған құйын әлі де ламинарлық сипатта болады.
Қазіргі кезде тұрақтылықтың сызықтық емес теория әлі маңызды практикалық нәтиже бермеді,бірақ болашақта үлкен нәтижелер күтілуде.
Сонымен қатар екінші ретті тұрақсыздықтар теориясын құру көзделді.Бұл теория бойынша үлкен масштабтағы құйындар фонында кіші масштабтағы пульсациялар жылдам өседі.Осыдан Эммонс дақтары пайда болады.Бұл теория 3-4 - ші өзгеру аймақтарын сипаттайды және турбуленттікке ауысу кезіндегі шектік Рейнольдс санын анықтауға мүмкіндік береді.
§1-3.осесимметриялық ағынның бастапқы және соңғы бөліктеріне ағыстың периодтық структурасының әсері.
Шекаралық қабаттағы тұрақсыздықтың нәтижесінде құйын пайда болады.Еркін ағындағы құйындар ағыспен төмен тарала отырып өзінің көлемін үлкейтеді, бір - бірімен әсерлеседі және бұзылады осыдан турбуленттік пайда болады.Осесимметриялық ағыстың бастапқы және соңғы бөліктерін эксперименттік зерттеу кезінде олардың спектральдық және корреляциялық әдістермен белгіленеді.Егер құбырдың шетінде құйындар пайда болып және олардың арақашықтығы құбыр диаметрінен әлде қайда аз болса онда құйындар бірігуі мүмкін.Бұл үлкен масштабтағы құйындардың пайда болуына және шекаралық қабаттың жылдам өсуіне алып келеді.Құйындардың арақашықтығы екі еселеніп соңында құбыр диаметрімен теңеседі.әрбір құйындардың қосылуы олардың тұрақсыздығына алып келеді,процестің соңында олардың тұрақтылығы бұзылады.Осыдан кейін үлкен масштабтағы құйындар таралып,кең көлемді жиіліктегі пульсациялық жылдамдық құрылады.
Рейнельдстің осы мәнінде шекралық қабаттың қалыңдығын өзгертіп ағынның бастапқы бөлігіндегі құйынның пайда болу сипатына әсер етуге болады.Шекаралық қабаттың қалыңдығының өсуі ламинарлық ағыс ауданының өсуіне және үлкен масштабты құйындардың пайда болуына алып келеді, ал керісінше азаюы кіші масштабтағы құйындардың пайда болуына алып келеді.Бұл құйындар бір-бірімен әсерлеседі.Осындай әсерлесулер нәтижесінде ағыстың төменгі бөлігінде белгілі бір жиіліктегі периодтық құйындар пайда болады.Мұндағы жиілік Рейнольдс санына тәуелді болмайды.Ал Струхаль саны шамамен 0,4-0,6-ға тең болады.
1.4 - ші суретте Струхаль санының Рейнольдс санына тәуелділігі және пульсациялық жылдамдық жиілігі көрсетілген.Тәжірибеде шекаралық қабаттың қалыңдығы өту жылдамдығына,құбыр формасына және әртүрлі ұзындықтағы жалғамаларды қолдану әсрінен өзгерді.
Зерттеулер нәтижесінде дискреттік құйын структурасы ағынның акустикалық шудың негізі болып табылады.
Еркін ағынның бастапқы және соңғы бөліктеріндегі құйындық структура құбылысы ,сонымен қатар олардың сипттамасына акустикалық әсердің ықплы туралы А.С Геневскийдің,Е.В.Власованың және А.В.Колесинкованың "Аэроакустикалық әсерлер"атты монографиясынан толық білуге болады.
3,16гц жиіліктегі турбуленттік ағынның спекральдық сипаттамасы өлшенді,соның нәтижесінде бастапқы бөліктерде sh=0,2-0,8 шамасында қысымның және пульсациялық жылдамдықтың максимумдарының пайда болуы ,өсуі және жоғалуы орын алатыны анықталды,1.5-ші сурет.Корреляциялық әдіс те оның периодтық ағыс екенін көрсетеді.Өйткені пульсациялық жылдамдығы u' және x\d=3-4 болатын құйынның кореляциясының кеңістіктік қисығы толқын тәрізді болып келеді.1.6-сурет. Ол бірнеше рет ордината өстерімен қиылысады.Екі нөлдік мәндердің арақашықтығынан Ruu құйындардың масштабын анықтауға болады.Жұмыста ағыстың периодтық сипатының көрінуінің сандық мәндері кореляциялық анализді пайдалана отырып алынды.Мұндағы Ua=59мс, d=20мм, εa=0.5;5;10%,∆f=10Гц (1.7-сурет).Графиктерден Струхаль санының басқа мәндеріне қарағанда ағынның периодтығы Sh=0.48 мәнінде айқын көрінеді. Жылдамдық пульсациялары u',v' және P' қысымның
пулсациясымен кеңістіктік-уақыттық кореляцияны өлшегенде осынған жақын нәтиже берген.(Rup,Rvp≈0.25-0.5).
Ағыстың периодтық сипаттамасын алу үшін шекаралық қабаттың сыртқы орта әсетіне сезгіштігі ескерілген болатын.Мысалы,\29\жұмыста әртүрлі жиіліктегі акустикалық қозғалысқа турбуленттік құйынның реакциясы зерттелді.Пульсациялық жылдамдықтың орташа квадраттық мәні құбырдың εua бөлігіндегі интенсивтік пульсацияға байланысты анықталды.Ол ағыс бойымен таралатын дыбыс көзі арқылы эксперимент жүргізуші береді.Ағыс өсіндегі интенсивтік пульсация εu Струхаль санына және қозу шамасына тәуелді болатыны анықталды.1.8-сурет. εu максималдық мәні Sh=0.3 - ке сәйкес келеді,ал εuа -ның үлкен мәндері үшін "қанығу"болады,яғни εuа - ның алдағы өсуі εu-ге айтарлықтай әсер етпейді.Бұл нәтижелерді пайдалана отырып Sh=0.3 мәнінде ағынның сыртқы дыбыстарға айтпрлықтай сезімтал келетіні анықталды.Осыған ұқсас нәтижелер \37\жұмыста сипатталады.Кейбір жағдайларда Струхаль санының Sh=0.35-0.50 мәндері алынған,бұл резервердің әртүрлі ерекшеліктеріне және әртүрлі авторлардың берген шарттарына байланысты деп түсіндіріледі.
Толқынның құрылымын анықтаудың фазалық орталау әдісі туралы айтып кеткен жөн,бұл туралы \38,39,40\жұмыстарда сипатталған.Әдістің ерекшелігі керекті гармоникалық сигналды алу үшін синхрондық детекторды пайдалану болып табылады.Бұл әдіске §2.8 те ерекше назар аударылады.
§1.4 Еркін ағыстың сипатына сыртқы акустикалық әсердің ықпалы.
Ағынның дыбысқа деген сезгіштігі жүз жыл бұрын анықталған.Бұл құбылысы Релей шекаралық қабаттың тұрақсыздығы тұрғысынан түсіндірген болатын.Бірақ ағынның құрылымына дыбыстың әсеріне байланысты негізгі зерттеулер соңғы жылдарда жүргізілуде.Турбуленттік ағын шудың негізгі көзі болып табылады.Осыған байланысты егер күшті акустикалық өрісті салса ағынның турбуленттікке табиғи ауысуы және оның негізгі сипаты бұзылады.
Осы бағыттағы тәжірибелік жұмыстарды Е.В.Власов және А.С.Гиневский\41,42,43\ жүргізген болатын ,сонымен қатар С.И.Исатаев және С.Б.Тарасов да \31,44\зерттеген.Диаметрі 1055мм болатын құбырдан ағып өтетін изотермиялық турбуленттік ағын зерттелді.Ағынның жылдамдығы 10114м\с диапазонында болды.Акустикалық өріс бір немесе үш динамиктердің көмегімен жасалды.Ол ағыс бойына немесе оған көлденең бағытта орналастырылды.Дыбыстық қысым L шамасы 120-125дб болды.Рейнельдс санының 1,35∙1042,6∙105 диапазонында құбыр қимасындағы(ағын центрінде) бастапқы турбулкенттік 1% құрайды. x\d=8 шамасындағы датчик әсердің жиілігіне тәуелді орташа және бойлық пульсацмялық жылдамдықты белгілеп отырды.Датчик ағын өсінің бойында орналасқан.
Струхаль санының Sh=0.21 диапазонындағы ықпал орташа жылдамдықтың азаюына және пульсацияның өсуіне алып келетіні анықталды.Сонымен қатар ең үлкен эффект Sh=0.30.6 диапазонында байқалды.Sh=15 және
Re≈4.4∙104 болғанда әсер кері сипатта болады,яғни орташа жылдамдық өсіп,ал пульсация кемиді.Бұл эффекттердің шамасы дыбыстық қысымның дәрижесіне және Рейнельдс санына тәуелді.Егер құбыр жиігіндегі шекаралық қабат ламинарлы болса және дыбыстық өріс ағыс бойымен бағытталса,онда көрсетілген эффекттер өте аз дыбыстық қысымда L=90100дб бақалады.1,9-сурет.
1,10-суретте Струхаль санының екі мәніне байланысты алынған орташа және пульсациялық жылдамдықтар көрсетілген.Суреттен акустикалық әсердің ағын құрылымына деген ықпалы екі жақты сипатта болатыны көрінеді.Струхаль санының аз мәнінде (Sh=0.4)орташа жылдамдық тез төмендейді,яғни турбуленттік ауысу қарқындалады.Пульсациялық жасаушының азаюы және турбуленттік ауысудың әлсіреуі салдарынан жоғары қарқынды әсер керісінше бастапқы бөліктің созылуына ,ағынның ұзақ болуына және орташа жылдамдықтың жәймен төмендеуіне алып келеді.Орташа жылдамдықтың көлденең көрінісін өлшегенде де осындай нәтиже алынған.Акустикалық әсердің екі жақты сипаты туралы \36,45-49\жұмыстарында көрсетілген.Бұл жұмыстарда жазық,осесимметриялық ағынды және ауыспалы тығыздықты ағын зерттелген.
Егер акустикалық сигнал жазық толқын ретінде таралса онда дыбыстық толқында пульсациялық қысым ps' мен Us' жылдамдықтың байланысы мына түрде болады:
ps'=ρaUs'
Ағындағы пульсациялық қысымның аэродинамикалық табиғатын изотроптық турбуленттегі пульсациялық қысым сияқты сипаттауға болады
p'≈0.7ρU'2
Енгізілген пульсациялық қысым бастапқы турбуленттік пульсациялық қысымға пропорционал болса әсер эффектісі айқын көріне бастайды,Ps'=αp' немесе εs=0.7αM0εu0
Мұндағы α-тәжірибелік коэффициент. εu0 мәніне ағын өсіндегі максималды пульсация мәнін қабылдауға болады(εu0=0.12).Ал енгізілген пульсацияға εs=0.001 \42\мәнін қойсақ болады. εs, εu0,M мәндерін қойып мына шаманы аламыз α=12,онда Ps'=(12)p' болады.Қозу жоқ кездегі ағын өсіндегі максималдық қысымы мен енгізілген өріс қысымы бір ретте орналасса акустикалық әсер ағысқа айтарлықтай үлкен әсер тигізеді.Сондықтан ағын құрылымына айтарлықтай әсер ету үшін жылдамдықтың өсуіне байланысты дыбыстық қысымды L да өсіру керек.\35\жұмысқа байланысты :
L=20(7.85+2lgM)дб
Егер қолайлы қысымды арттырса Струхаль санының Sh=25 диапазонындағы ағынның турбуленттік ауысуы әлсірейді.
Турбуленттік ауысудың қарқындылығы сыртқы акустикалық және құйындық өрістің "резонанстық" әсер деп түсүндіруге болады.Осның нәтижесінде ток бойымен төмен қараій бағытталған және турбулеттік бтің бұзылуы кезінде пайдп болатын интенсивті үлкен масштабты құйындар пайда болады.Бұл кезде ықпал төмен жиілікте болады(Sh=0.30.6).Пайда болған құйындардың өзара әсерлесуі құйындардың табиғи өсуін әлсіретеді,бұл ағын бойымен қозғалысты да тежейді.Пайда болған құйындардың масштабы шекаралық қабаттың қалыңдығынан кіші болады.Бұл құбылыс жоғарв жиілікте жүреді(Sh=25).
Құйынды ағысты қарастырғанда \37\теориялық жұмысты ескерген жөн.Бұл жұмыста сызықты емес толқындарға анализ жасау үшін интегралдық әдіс пайдаланылған.Ағынның параметрлері толқындық,хаостық және орташаланған сумма түрінде сипатталады.
q=q+q+q'
Кинетикалық энергияның толқындық қозғалысын зерттеуде автор ағынның енінің ,амплтудасыны және Sh0.8 үшін энергия өзгеруін алады.Автор интегралдық шарттарда қозғалыс шарттарын сақтау арқылы есептеген болатын.Струхаль санының шекті мәндері эксперименталдық мәліметтермен сапалық келісім береді.
Г.Н.Абрамовичтің эксперименталдық жұмысы үлкен қызығушылық тудырады.Мұнда \50\үлкен масштабты құйындардың қозғалыстағы ағыс структурасына әсері қарастырылған.
Автор ұсынған ағыс моделі бойынша шекаралық қабаттағы құйын айналып тұратын цилиндрге ауысады.Олардың өсі ағыс бағытына перпендикуляр орналасқан,ал r0 радиус интегралдық масштабқа немесе қабат қалыңдығна пропорционал:
r0=k1δ
Егер цилиндрдің жылдамдығы жергілікті ағыс жылдамдығына тең болмаса ,ал бұрыштық жылдамдық құйындікіне (турбуленттік табылған кезде )тең болмаса онда құйындар (цилиндрлер)жылдамдықтың және қысымның пульсациясын туғызады.Теориялық зерттеулер ағынның маңызды сипаттамалары болып есептелетін жылдамдық және қысымның пульсацияларын жан-жақты зерттеуге жол ашты,сонымен қатар бұл шамаларды тек ауысу болатын аймақта ғана емес оның сыртын да зерттеуге ,яғни турбуленттіктің ұзақтығын бағалауға мүмкіндік берді.Жазық ағын,канал және факл үшін келтірілген есептеу мысалдары эксперименттік нәтижелермен сәйкес келді.Қысым пульсациясының таралуына байланысты ағын ядросындағы жылдамдық пульсациясы өсетіні теориялық бекітілген.Парандтльдің және Шмидттің турбуленттік сандарын бағалау мүмкіндіктері көрсетілген.
§1.5.Аз қыздырылған өске симметриялы ағынның жылулық сипаттамасы.
Газдық ағысты қыздырғанда оның аэродинамикалық сипаттамасы өзгеріске ұшырайтыны белгілі\51,52\.Яғни ағын ені кеңейеді,өстегі орташа жылдамдықтың кемуі жылдамдайды, бастапқы және соңғы боліктегі пульсациялар өседі. Қыздырылған ағын өсі бойындағы қатыстық температура жылдамдыққа қарағанда тез кемиді.Бастапқы бөліктің соңғы жағында температураның пульсациясы максимум мәніне жетеді(εta≈20%) және құбыр бойымен жаймен кемиді.Ал бастапқы бөліктерде жылдамдық пульсациясы температураға қарағанда бірінші болып монотонно өсе бастайды,одан әрі қыздыру дәрежесіне байланысты εu≈1522% мәніне жетеді.Прандтльдің турбуленттік саны 0,70,8 аралығында жатыр,және бұл сан көптеген авторлардың эксперименттік жұмыстарында анықталған.Жылдамдық және температура пульсацияларының арасындағы корреляциялық оң коэффициент (Rvt=0.50.6) \51\ жылу тасымалдау импульс тасымалдаумен байланысты екенін көрсетеді,яғни жылу алмасу ағынның гидродинамикасымен анықталады.
Турбуленттік изотермиялық емес ағындағы жылу алмасудың күшейуіне байланысты жүргізілген тәжірибелер \53\жұмыста көрсетілген.Бұл тәжірибелердегі Струхаль саны 0,02-ден 0,08 - ге дейінгі мәндерді қабылдаған.Сонымен қатар ағынның ұзақтығы кеміді және үйкеліс күші анықталды.
Турбуленттік ағыстың жылулық сипаттамасына акустикалық ықпалдың әсері \54\ жұмыста зерттелген.Бұл жұмыста Рейнельдстің екі саны пайдаланылған Re=1.47∙104 және Re=1.75∙104.Сыртқы ортаның қатты қыздырылуына байланысты θa=Ta-Ta=200℃ ағынның ағыс жылдамдығы 2390 мс аралығында алынды.Ал дыбыстық қысым дәрежесі 100-120дб құрады.
Изотермиялық ағын жылдамдығын анықтаған кездегідей \41\ екі эффект құрылды:Струхаль санының салыстырмалы түрде аз мәнінде (Sh=0.2-0.6) ағын ұзақтығы мен температурасы кеміді.Струхаль санының үлкен мәнінде (Sh=25)ағын ұзақтығы өседі, ағын өсіндегі температура да біршама көбейеді.Авторлар турбуленттік изотермиялық емес ағынды дыбыстық сәулелендіру кезіндегі өзгеріс тұрақты тығыздықтағы өзгеріске ұқсас деген шешімге келді.
Аэродинамикалық ауысуды және еркін турбуленттік ағынның бастапқы бөліктерін зерттеу үшін ағынды акустикалық сәулелендіру қолданылады.Сонымен қатар ауыспалы бөліктегі ағын қозғалысы бастапқы шарттарға тәуелді,яғни бастапқы бөліктегі ағысқа тәуелді болады.Ең бірінші болып акустикалық қозуға шекаралық қабат ұшырайды.Шекаралық қабаттағы изотермиялық емес ағыстың ағуы олардың ашылу бұрышын береді,яғни ағыстың бастапқы бөлігіндегі жылудың интенсивтік ауысуын анықтайды.Қазіргі кезде акустикалық әсердің ламинарлық ағын кезіндегі турбуленттік ағыстың бастапқы және соңғы бөлігіндегі аэродинамикалық және жылулық сипаттамалары туралы тәжірибелік мәліметтер жоқ.Сонымен қатар жылу ауысу құбылысының акустикалық тербеліс және периодтық құйындық құрылымның пайда болуына байланысты бұзылу механизмі де толық түрде анықталмаған.Өкінішке орай ос бағыттағы теориялық зерттеулер тәжірибелікке қарағанда біршама артта келеді,сондықтан тәжірибеден жиналған мәліметтер негізінде ғана акустикалық тербеліс өрісіндегі ағыстың теориялық моделін құруға болады.
Турбуленттіктің структурасын зерттеу арнайы аппараттарсыз мүмкін емес.Көптеген авторлар өздерінің зерттеу жұмыстарында моральдық және физикалық ескірген "Этам" типіндегі термоанемометрді немесе заманға сай шетел фирмаларының құралдарын пайдаланады(мысалы диса электроник фирмасының).Ал біздің елде мұндай аппаратуралар шығарылмайды,тек ғылыми-зерттеу орталықтарында және оқу орындарында құралдарды құрастыру жұмыстары әлі жүргізілуде.Осыған байланысты ҚазҰУ-дың жылу алмасу және жану лабораториясының алдында еркін ағынның ауысуын зерттейтін аппаратура құрастыру мақсаты алға қойылды.Бұл құрал барлық замани талаптарды қанағаттандыру керек.Осындай құралды құрастыру үшін турбуленттік ағысты зерттеуге арналған шетел аппаратуралары негізге алынды.
Осы айтылғандарды ескере отырып зерттеудің негізгі мақсаты белгіленді.
Қойылған мақсат
1.Керекті термоаненометрлік аппаратура құрастыру.
2.Еркін ағындағы жылу-массопе-реноса процесіне акустикалық әсердің ықпалын анықтау үшін тәжірибелік қондырғы құру.
3.Изотермиялық емес шеңберлік ағынның бастапқы және соңғы бөліктеріндегі орташа және пульсациялық жылдамдықтарға әсер ететін акустикалық ықпалдыңдің сандық мәнін анықтау.
4.Ағынның осы бөліктері үшін орташа және пульсациялық температураға әсер ететін акустикалық ықпалдың сандық мәнін анықтау.
5.Акустикалық әсердің нәтижесінде пайда болатын жоғары дәрижелі периодтық ағыстың жылдамдығы мен температурасының орташа статистикалық кеңістіктік орналасуын белгілеу үшін әдістеме және аппаратура құрастыру.
6.Осы құрастырылған әдістеме мен аппаратураны пайдалана отырып ағыстың бастапқы бөлігінің макроструктурасын зерттеу.Осы зерттеулерді пайдаланып жылу-массоауыстыру процесіндегі үлкен масштабты құйындардың рөлін анықтау,құйындардың ішкі құрылысы туралы мәлимет алу керек.
2 бөлім.Тәжірибелік бағыттар,аппаратура және өлшеу әдістері
§2.1 Тәжірибелік қондырғының сипаты және ағыс суретіне шолу.
Берілген мақсатты жүзеге асыру үшін құрылған бағыттарды бірнеше талаптар ескерілді.Олар:
А.ағын жылдамдығвн басқару мүмкіндігі
Б.тыныштандырғыш камера мен құбырдың вибрациясын төмендету
В.акустикалық әсер кезіндегі камераның резонанстық құбылыстын төмендету
Г.құбыр қимасынан аз дәрижедегі турбуленттік ағын алу
Д.ағынды визуальді түрде зерттеу
Е.тыныштандырғыш камерадғы элементтердің минимальды санының болуы,яғни олар жылдамдық және температура профильдерін теңестіреді және дауыс зорайтқыштан шығатын дыбыстық толқынның таралуына кедергі келтіреді.
Осы талаптарды ескере отырып теплеровский қондырғысының негізінде ИАБ-451 типтегі құрал құрастырылды,ол ағынды визуализациялауға мүмкіндік береді.2.1-суретте қондырғының жалпы схемасы келтірілген.1 вентелятордан жұмсақ жүйе арқылы ауа тыныштандырғыш камераға 3 барады,ол сеткалардан 4,5,6 және 7 саплодан тұрады.Коллекторлық двигательдегі кернеуді өзгерту арқылы вентелятордың айналу жылдамдығын басқаруға болады,ал вентелятор камерадағы 3 артық қысымды тудырады.Оның төменгі бөлігінде дауыс зорайтқыш 8 орналасқан,қуаты 25 ватт,сырты сақтандырғыш былғарымен 9 қапталған.Камераның герметизациясы және дауыс зорайтқыштың жақсы жұмыс үстеу үшін полиэтилендік пленкамен қапталған.Камераның резананстық құбылысын азайту үшін қалыңдығы 25мм-лік тақтайдан жасалған және іші 15мм-лік дыбыс жұтатын материалмен қапталған.Құбырдың кіріс диаметрі 200мм және ұзындығы 150мм,сыртқы диаметрі 40мм.Құбырдағы жылуды сақтап қалу үшін сырты асбеста қабатымен қапалған.
Көлемі 0,7x0,7 мм боатын сетка 5 қыздырғыш қызметін атқарады.Ол 150А-ге дейінгі ауыспалы токпен қоректенеді,ал кернеу 6 вольт дейінгі мәндерді қабылдайды.Токты басқару екі лабораториялық автотрансформаторлармен жүргізіледі,олардың біреуі 8 айналма сымдарымен оралған.2.2 - суретте қоректену схемасы келтірілген.
Ауаның камераға бүйір жақтан енуі,оның құбырдан шығуы кезіндегі температурасының тікбұрышты профилін алуын тежейді.Бірақ сеткаға көлденең бағытта әртүрлі температура беру арқылы тікбұрышқа жақын мән алынды.Осындай сетканы құбырдың кірер жерінде қолдану сыртқы бөліктегі температура және жылдамдық пульсацияларының төмендеуіне алып келеді,сонымен қатар орташа температураны қима бойымен тегістейтін қосымша элементтерді қажет етпейді.
Дыбыстық генератордан 17 сигнал тежелу схемасына 15 беріліді,одан санау приборына 14 кейін ИФК-120 импульстік лампасын іске қосатын электрлік стобоскопқа 13 барады.Осыдан ИАБ-451 приборы үшін импульстік жарқырау пайда болады\56\.Сонымен бірге сигнал қуатты күшейту аймағына 18 және дыбыс зорайтқышқа бір уақытта беріледі.Акустикалық өріс ағынның аэродинамикалық қозуды тудырады.Сонымен көлеңкелі прибор көмегімен қозғалмайтын ағыстың суретін көруге болады,өйткені құйын жиілгі сәулелену жиілігіне сәйкес келеді.Егер тежелулер схемасы 16 генераторына жалғанса қозғалмалы ағыс суреті көрінеді,бұл генератордың сигнал жиілігі 17 генераторының жиілігіне жақын келеді.Визуализацияның осындай режимі ағынның бастапқы және соңғы бөліктерінде құйындардың пайда болуын, бірігуін және бұзылуын зерттеу үшін ыңғайлы болып келеді.Дыбыстық қысым қателігі +-5% болатын Ш-3М типті шумометрмен өлшенді.
§2.2 Аппаратура және жылдамдық пульсациясын өлшу әдістемесі.
Ағынның орташа және пульсациялық жылдамдықтарын тұрақты температурадағы термоанемометрмен өлшенді. Термоанемометрдің бірнеше модификацияларын ҚазҰУ-дың жылу алмасу және жану лабораториясында автордың қатысуымен дайындалды.\57-60\Прибордың жұмыс істуінің негізі болып датчиктің (металл түріндегі жіптер,пленкалар) температурасын автоматты түрде тұрақты ұстап тұру алынды,датчик электр тогымен қоректенетін көпірде орналасқан.Егер тұрақты ортада датчиктің жібі қызса және көпір теңгерілсе онда ағын кезінде жіп салқындайды және кедергісі өзгереді.Көпірдің диоганалінде пайда болған кернеу ДУ дифференциялдық күшейткішінің көмегімен өседі,(2.3-сурет).Осыдан кейін сигнал УМ қуат күшейткішіне және көпір үстіне түседі,бұл жіп арқылы өтіп жатқан токтың өсуіне алып келеді.Осының нәтижесінде жіп температурасы және оның кедергісі қалпына келеді,сонымен бірге көпір тұрақтады.Сөйтіп көпір тогы(оның төбесіндегі кернеу)функционалды түрде ағыс жылдамдығымен байланысты.Кернеуді көпірдің төбесінде орналасқан тұрақты токтың вольтметрімен өлшейді,ал пульсациялықты орташа квадраттық мәндегі вольтметрмен өлшейді.
2.4 - суретте тұрақты температураны тудыратын термоанемометрдің СТБ-1 принциптік электрлік схемасы келтірілген.Дифференциялдық күшейткіштің бірінші және екінші каскаттары ІНТ59І типіндегі транзизторлық бу негізінде құрастырылды.Бұл трансизторлардың өзіндік аз ғана шуы және ұқсас сипаттамалары бар.Бұл бүкіл күшейткіштегі шуды және дрейфты басуға көмектеседі.Сонымен қатар бұл екі ДУ каскаттары бір-бірімен синфаздық сигнал бойынша теріс және кері байланыспен байланысқан,бұл көпірдің(синфаздық сигнал) екі иініндегі кернеулердің тең болуы кезінде қателікті азайту мақсатында байланыстырылған.Дифференциялдық күшейткіштегі теріс кері байланыстағы төрт жиілікті тәуелді тізбектер(әр иінде екі -екіден)жалпы кері байланыс кезіндегі жабық тұзақ маңында керекті жиіліктер сипаттамасын қалыптастырады64 ,яғни термоанометрдің жұмыс істеу режимінде.
Тікбұрышты импульстің тұрғызылған генераторы түрлендірушінің амплитудалық-жиіліктік сипаттамасын жөндеу үшін қолданылады,түрлендіруші күшейткіш коэффициентінің (R17),көпір иініндегі индуктивтілік пен беріктіктің өзгеруінен пайда болады(L1,R7).Күшейткіштің ең жоғары жиіліктегі қозуын алдын алу сыйымдылық фильтрімен жүргізіледі (С6-С9).Түрлендіргіштің бірнеше техникалық сипаттамаларын келтірейік:
1.көпір тогы 0,5А - ге дейін
2.Максималды шығу кернеуі(тұрақты құраушылар кезінде) =12В
3.Жиілік диапазоны (кем емес) 0150кГц
4.Қолданылған датчиктердің кедергісі 0,510 Ом
5.көпір балансын ұстап тұру дәлдігі
А)тұрақты құраушылармен 0.05%
Б)ауыспалы құраушылармен 100кГц жиілік шамасында 0.5%
6.Датчик жіптерінің диаметрі 310мкм
7.Датчиктер үшін байланыс кабельдерінің ұзындығы 10м-ге дейін
8.10 кГц жиіліктегі және 10 м\с жылдамдықтағы эквиваленттік шу дәрижесі 0.05%
9.Габариттер 400x125x270мм
Прибордың сыртқы көрінісі 1-суретте көрсетілген.
Көпірдің жоғарғы жағындағы кернеуді өлшеу үшін Ф204,Ф210,ЩІ3І2 типіндегі сандық вольтметрлер қолданылады,бұл прибордың 1 мен 20 секунт аралығында орташаланған тегістеуіш фильтріне толықтырыулар енгізілген.
Сандық вольтметрлердің қателіктерін есептеу үшін мына формула қолданылады:
δ=A+Bxkx-1%
Мұндағы xk-өлшеу нәтижелерінің соңғы мәні,х-алынған кернеу мәні.Ф210 үшін А=0.5,B=0.2 және Ф204 үшін A=0.3, B=0.15.Фильтрді енгізу қателіктің 0.1-0.2 % болуына алып келді.Қателікті есептеудің соңғы формула мына түрде болады:
δ=A+Bxkx-1+0.2%
Орташа квадраттық вольтметр сигналдың квадратқа тікелей әсер ету схемасы бойынша құрастырылған,сонымен қатар токты анықтайтын квадраттық шкаласы бар стрелкалы прибор негізге алынған.Өлшенетін кернеудің диапазоны 2-ден 10В-қа дейін.Прибор жиілігінің диапазоны 1Гц-тен 150кГц-ке дейін болады.Приборларды құрастыру барысында радиоэлектрлік аппаратуралар және схемотехниканың жалпы заңдылықтары ескерілді.\62,63\.
Төменгі шекаралық жиілік 1Гц \64\ жұмыстағы авторлардың ұсынуымен алынды.Олар төменгі шекаралық диапазондағы жиілікке ерекше назар аударған.Авторлардың ойынша турбуленттік сигналды нақты анықтау үшін СКЗ вольтметрі 1Гц-тен де төмен шекаралық жиілікке ие болу керек,өйткені төменгі жиілік облысына келетін энергия үлесі біршама көп.
СКЗ вольтметрінің электрлік схемасы 2.5-суретте көрсетілген.Сигнал бөлгішке келіп,күшейеді,детектрленеді және квадрат тұрғызу үшін диодно-резисторлық тізбекке беріледі.Сигнал түрлендіргіштен кейін импульстік сипатта болғандықтан (турбулент сигналының формасының коэффициенті 3-4-ке дейін жетеді) күшейткіштің шеткі каскаттары жоғары кернеуде қоректенеді және динамикалық диапазонда төрт дәрижелі қоры болады.
Прибордың жеткілікті дәрижеде жақсы сипатта болуы сенімді және тұрақты,төменгі деңгейдегі пулсациялы қорек көздерінің(2.6-сурет) болуына байланысты.(0.5мв-дан аспайды).Барлық қоректену блоктарының стабилизаторлары әртүрлі мөлшердегі ток кезінде шығу кернеуін автоматты түрде тұрақты ұстап тұру принципі бойынша құрастырылған.Мұндай режимді салыстыру көпірі және кері байланысты күшейткіш,қоректенетін қуатты транзистор қамтамасыз етеді.Шығыс кернеуінің азаюы диодно-резисторлық көпірдегі теңгерімнің бұзылуына алып келеді,ол микросхема (1УЕ401 типтегі УПД) мен транзистордың әсеріне күшейеді.Күшейтілген кернеу қуатты транзистордың бастапқы тізбекке беріледи және оны ашады,ол стабилизатордың шығыс кернеуін қалпына келтіреді.Бұл қондырғының стабилизация және шығыс кедергі коэффициенттері кері байланыс тізбегіндегі күшейткіш коэффициентімен анықталады.Шығыс кернеуінің дрейфін негізінен тіректік кернеумен анықтайды,оны салыстыру көпіріндегі стабилитроннан алады\66\.Стабилитрондар қысқа тұйықталудан сақтандырылған.Термоанемометрлік түрлендіру +17 В және -12В кернеумен,ал СКЗ вольтметрі +40В және -12В қоректендіріледі.
Термометрдің жұмыс істеу қабілетін анықтау үшін Амплтуда-жиіліктік,фазалық және шу сипаттамалары алынды.Зерттеу жұмыстарында "ДИСА ЭЛЕКТРОНИК"фирмасының әдістері қолданылған\67\.Және диаметрі 7мкм вольфрамдық,диаметрі 3мкм платиналық датчик пайдаланылды.2.7-суретте микрондық 7 датчиктегі 50мс жылдамдықтағы,150кГц жиіліктегі ағын көрсетілген.Ал 2.8-суретте 200кГц жиіліктегі 3 децибелл дәрижедегі 3 микрондық датчик берілген.
Шу сипатын ДИСА фирмасының"кондиционер"блогы арқылы өлшенді.СТБ-1 термоанемометрлік түрлендіргіштің шығыс бөлігіндегі шу сигналыфильтр арқылы өткізіледі және СКЗ вольтметрімен өлшенеді.Фильтр қиығындағы төменгі жиіліктер жағынан жиілігі 1Гц-ті құрайды,ал жоғаоғы жиіліктер жағынан 100Гц-тен 200Гц-ке дейінгі мәндерді қабылдайды.2.9-суретте түрлендіргіш кернеуінің бастапқы мәніне байланысты СКЗ шуының жабық датчиктегі өткізу жолына тәуелділігі көрсетілген (U=0).Сонымен қатар мұнда ДИСА фирмасының 55М системасының негізгі блогындағы шудыңсиаттамасы көрсетілген (түрлендіргіш).Екі түрлендіргіш те диаметрі 7мкм болатын вольфрамдық датчикпен зерттелді.Бұл екі прибордың сипаттамалары бір-біріне ұқсас болып келетінін ескерген жөн.10м\с жылдамдықтағы 10кгц жиіліктегі ағынның эквиваленттік шу дәрижесі 0.02%-ті құрайды(ДИСА фирмасының қондырғыларында 0.03% -ті құрайды).
50м\с жылдамдықтағы шеңберлі изотермиялық ағынға қосымша салыстырмалы зерттеулнр жүргізілді.Түрлендіргіштің СТБ-1 және ДИСА 55М датчиктері бір-біріне 1.55мм қашықтықта орналастырылған,ағын өсі бойында араласқан.Пульсациялық жылдамдықтың орташа квадраттық мәнін СКЗ вольтметрінің көмегімен анықтайды.2.10-суретте пульсациялық жылдамдықтың екі прибормен өлшенген қақпақ қимасына тәуелділігі көрсетілген.Алынған нәтижелер сәйкес келеді.
Турбуленттік ағын үшін құрастырылған термоанемометрдің жарамдылығы анықталды.
Датчиктің қыздырылған жіптеріндегі жылу алмасуды \68\мына теңдеумен сипаттауға болады:
E2-E02=BU (1)
Мұндағы U-ағыс жылдамдығы,термоанемометрдің көпірінің жоғарғы бөлігіндегі Е 0-бастапқы (E=0 кезінде),ал Е-ағымдағы кернеу.Термоанемометрдің жылдамдығы мен оған сәйкес шығыс кернеуін уақыттың және пульсацияның орташаланған суммасы түрінде алып,яғни:
U=U+u' ,E=E+e'
Деп алып 1-ші формулаға қоямыз.
(E+e')2=BU+u'
U , u' -қа байланысты теңдуді шешсек және аз шамаларды ескермесек мына теңдуді аламыз:
ε=u'2U=4E∙e'2E2-E02
Мұндағы ε-пульсациялық жылдамдықтың қатыстық шамасы.Е0 -шамасы ағын турбуленттігінің аз мәніндегі жылдамдық арқылы тарировкаланған датчик көмегімен график түрінде анықталады.Ордината осіне U,ал обцисса осіне E2 мәндерін орналастырып түзу сызық аламыз,ол абцисса өстерінің экстропаляциясы кезінде E02 -нің кейбір нүктелерін кесіп өтеді.Бұл нүкте жабық датчик кезінде ,қыздырылған жіп жанына табиғи конвекция әсерінен анықталған E0э2 мәнімен сәйкес келмеуі мүмкін.Датчиктің температурасын өсіру кезінде E2мен E0э2 арасындағы айырмашылығы та өседі.
Пульсациялық жылдамдықтың абсолюттік шамасын келесі түрде анықтауға болады.Біріншіден бастапқы жылдамдық кездегі жылу алмасу заңын жазайық:
Ea2-E02=BUa
Ua=(Ea2-E02)2B2
Осыдан ағыстың кез-келген нүктесінде қатыстық жылдамдық мынаған тең болады:
UUa=(E2-E02Ea2-E02)2 (3)
Uмәнін (2)-ші теңдуге қойып абсолютті пульсациялық жылдамдық мәнін аламыз:
εа=u'2Ua=4E∙e'2(E2-E02)( E02-E02)2
Бұл әдістің қателігі шамамен 10%-ды құрайды \68\, әрине турбуленттік 20%-дан аспаған кезде.
(3)-ші теңдеуден көрініп тұрғандай,термоанемометрдің шығыс сигналы арқылы ағынның орташа қатыстық жылдамдықты анықтауға болады.2.11-суретте салыстыру үшін қатыстық орташа жылдамдықтың өс бойында және ағысқа көлденең бағыттағы орналасуы көрсетілген.Егер Пито трубкасының соңғы бөлігіндегі жайпақ қиық ағынға перпендикуляр болса алынған нәтижелермен сәйкес келеді.Ал егер ағынның бағыты трубканың соңғы бөлігіндегі жазық қимаға перпендикуляр болмаса нәтиже өзгеше болады.Сонымен қатар (3)-ші формуладан алынған мәндер соңғы қорытынды есептеулермен сәйкес келеді,мұнда термоанемометрдің сигналы диод тізбегінде сызықтандырылды.\69\
Датчиктер волластандық сыммен жасалған,ал платиналық жіп ұзындығы мен оның диаметрі эксперимент шарттарына байланысты алынды.Қыздыру режимінде диаметрі 12мкм қалыңдығы 2.5мм жіп қолданылды,өйткені платинаның механикалық мықтылығының әлсіздігіне байланысты.Изотермиялық ағыстағы өлшеулер үшін 3-5мкм диаметріндегі 0.6-1.0 мм ұзындықтағы сым көмегімен жасалды.Жылдамдықтың компонентін крест тәрізді датчикпен өлшенді,және біршама өзгертілген Конт-Белло әдісі қолданылды\70\.
Екі айқасқан жіптер үшін теңдеулер жазайық:
Е1=α11uU+α12vU
Е2=α21uU+α22vU
α - жылдамдыққа сезгіштік коэффициенті,u және v-компоненттер,ал U-ағын жылдамдығының абсолют шамасы.Егер екі жіпағынға нормальды болса және α11=α21,онда Е1-Е2 жылдамдық компоненттерінің бірін береді.Бұл тәжірибе келесі түрде жүргізілді.Кері байланыс күшейткіші мен тұрақты температурадағы термоанемометр аралығына ауыспалы кедергі орналастырылған(10-20 Ом),оларды басқару арқылы термоанемометрдің шығыс кернеудін өзгертуге болады,жылдамдықтың үлкен диапазонында Е1-Е2 айырмашылығы нөлге жақын болады,бұл екі жіпке де нормальды болады.Датчиктердің өзара жылулық әсерін азайту үшін жіптердің ара қашықтығын 0.7-0.8 мм-де алынды,яғни жиптердің ұзындығы қатары.\71\
Е1және Е2сигналдары жинақталған схемаға беріледі,ол 2.14-суретте көрсетілген.Операциондық күшейткіштерде құрастырылған осындай схемалардың дрейфі,шуы аз және шешімі жоғары нақтылықта болады.\72,73\.Сыртқы сигналдардың бірігуі М1 микросхемасында және R1R2-де жүргізілді.М2 А кірісіндегі сигналдың полярлығын өзгерту қызметін атқарады.Ал азайту М3 және R3R4-те жүргізіледі.Т1 және Т2 транзисторлары ток арқылы өтетін шығыс сигналды азайту үшін қолданылады.
Жоғарыда көрсетілген термоанемометрдің сипаты жылдамдық компоненттерінің біреуін өлшеуге мүмкіндік береді,бірақ ол үшін жылдамдықпен алдын ала тарировкаланған датчик керек,және бұл датчик өлшенген компонент бағытымен бағыттас.Негізгі қателік аз жылдамдықтар диапазонында(≈4%) α11 және α21 теңдігінің бұзылуына және тарировка процесіне байланысты (≈3%).Жалпы қателік шамамен 7% -ті құрайды.
Жылдамдыққа байланысты изотермиялық емес ағындағы сигналды алу температураның әсерінен датчиктегі кедергінің өзгеруіне байланысты қиындайды.Қазіргі кезде изотермиялық емес ағындағы температура мен жылдамдықты бөлудің бірнеше әдісі бар.Біріншісі,бұл үш қыздырулар әдісі,Оны тұрақты токтағы термоанемометрлер үшін Л.Н.Вулисаның\74\ басқаруымен құрастырылған.Бір нүктедегі жіптердің жылу алмасу теңдулерін шешу арқылы жылдамдық,температура ,сонымен қатар корреляция туралы мәлімет алуға болады.Бұл әдістің кемшілігі жылдамдық және температураға пропорционал болатын электрлік сигналдар алуға болмайды.
Екінші әдіс температураның өзгеруінен термоанемометрдің сезгіштігіне байланысты.Бұл көпірге термоанемометрлік элементті қосу арқылы немесе сигналдан тұрақты температурадағы термоанемометрді алу арқылы жүзеге асыруға болады,яғни зерттеліп отырған нүктедегі температура туралы информациясы бар басқа сигналдың шамасын алып тастау арқылы (мысалы,бұл мақсатта термометр режиміндегі тұрақты токтағы термоанемометрлер немесе аз инерцияланған термоапорлар қолданылады.)\75,76\.
Жоғары температурадағы ағынды және факелді зерттеу үшін тұрақты токтағы немесе тұрақты кедергідегі салқындатылған датчикті қолдану әдісі ең тиімді болып табылады\77-79\.Салқындатылған датчик жану зонасындағы жұмыс істеу бөлігінің бұзылуын болдырмайды,бұл екі датчикте мүмкін емес.Осыған байланысты термопарлық немесе термометрлік кедергілермен жылдамдықтық және температуралық сигналдарды бөлуге болады.Бірақ ағынның жоғары жылдамдықтарында бұл әдіс эффективті болмайды,өйткені жоғары жиіліктер аймағында прибордың амплитудалық және фазалық сипаттамалары әртүрлі болады.
Тұрақты температурадағы термоанемометрге қолданылатын үшінші ретті қыздыру әдісі туралы \80-82\ жұмыстарында жазылған.Термоанемометрдегі сигналдың жылдамдық және температура пульсацияларымен байланысы мына теңдеулермен анықталады,автордың айтуы бойынша:
е2=ku2u'2u2+2ku∙kt∙u'Ta'u Ta-Tg+kt2Ta'2Ta-Tg2
Мұндағы ku және kt жылдамдық және температура пульсацияларына сезгіштік коэффициенті, Taжәне Tg газ және орта температуралары.Егер сезгіштік коэффициенттердің біреуі басымырақ болса ,мысалы kukt , онда жылдамдық пульсациясын анықтау әдісі жеңілдетіледі:
е2≈ku2u'2u2
Егер Tw-TgTa-Tg68 болса.
Мұндағы Tw-қыздырылған датчик температурасы.
Изотермиялық емес ағындағы жылдам сигналдарды алу үшін RwR0 қыздырылған датчигінің осциллографпен алынатын термоанемометрлік сигналға әсерін өлшеген.Датчик аз жиіліктегі акустикалық әсердің ықпал ету салдарынан осимметриялық ағынның бастапқы бөлігінде араласты.\83\.2.15-суретте RwR0 әртүрлі мәндері үшін пульсацияның осциллограммасы көрсетілген.Бұл жерде сонымен қатар (1) қателік кезіндегі температуралық пульсацияның түрі және изотермиялық ағындағы жылдамдықтар берілген(6).Осциллограмм анализінен байқалғандай,қыздыру шамасының көбеюіне байланысты қыздырылған және изотермиялық ағындағы пульсациялар бірдей бола бастайды,бастапқы шамасы RwR0 =2.5-тен басталады.Қыздырудың осы шамасына мына теңдеу сәйкес келеді:
Tw-TgTa-Tg=10 (7)
Қыздыру шамасының одан әрі өсуі екі жағдайдағы пульсациялардың фомасының бір-біріне жақын болуына алып келеді. (7) теңдеуін датчиктің механикалық беріетілігін бұзбай әлсіз қыздырылған ағыс үшін оңай шешуге болады.Біздің жұмыста бұл
Tw-TgTa-Tg=50040=12
Мәнін қабылдады,ал RwR0 мәні 3.0-3.2 аралығында алынды.Датчик ретінде диаметрі 12мкм ұзындығы 2.5мм платиналық жіп пайдаланылды(ld=200).
Ta-Tg=40℃ және Ta-Tg=0 мәндері үшін жылдамдық пульсациясына қатысты алынған нәтижелер 2.16-суретте көрсетілген. Изотермиялық ағынның RwR0 =1.8, RwR0 =3.2 және изотермиялық емес ағынның RwR0 =3.2 мәнінде пульсациялардың мәні бір шамада болады.Бұндай тұжырым 2.17-суретте көрсетілген көлденең қиылысқан ағынның пульсациялық жылдамдықтарыдың орналасуынан көруге болады.Эксперименталды нүктелердің орналасуы линеаризаторды қолданбай тұрақты температурадағы жалпы өлшеу қателігінің шегімен анықталады.Бұл қателік 10-15%-ті құрайды деген шешімге алып келеді.
§2.3Аппаратуралар мен орташа және пульсациялық температураны өлшеу әдістері.
Ағынның жылулық сипатын зерттеу үшін кедергі термометрінің режиміндегі термоанемометрді пайдаланады.Бұл құрал ҚазҰУ-дың жылу алмасу және жану лабораториясында құрастырылды\84\.2.18-суретте термоанемоетрдің принциптік схемасы көрсетілген.Құрастыру температураны тез өлшейтін құрал негізінде жүргізілді.\85\.Диаметрі 3 мкм болатын платиналық жіптен тұратын датчик көпір иініне орналастырылған ,ол R2-R5 кедергілерінен туындайды.Көпір диагоналдарына артылған жүк М1 операциялық күшейткіштің кіруі болып табылад,ол көпір күшейткішінің коэффициентін өзгертуге және көпір диагоналінің жабық кезіндегі R5 кедергі теңгерімінің үлестірілуін қамтамасыз етеді.Көпірдің қоректенуі 2 ма токпен жүргізіледі(R1арқылы),бірақ сонымен қатар датчик арқылы 1 ма ток өтеді,өйткені көпір иіндері бірдей кедергіде болады.Бұл ток жіптің айтарлықтай қызуын тудырмайды,осыдан термоанемометр жылдамдыққа сезімтал болмайды.Көпір температурасының сырты орта температурасымен теңестіруін R4 және R5 резисторлары арқылы жүргізіледі,сонымен қатар М3 микросхемасының шығыс жағында жалпы шиналарға қатысты потенциал нөл болу керек.
Датчикті изотермиялық емес ағынға салғанда оның кедергісі өзгереді,және М1(М3) - тің шығыс бөлігінде кернеу пайда болады,ол артық температураға пропорционалды болады.Датчиктің жылулық инерциясының үлкен болуына байланысты құрылғының жиіліктік сипаты жоғары жиіліктер обласында тік құлдырауды көрсетеді.Жиіліктік құлдырауларды толықтыру үшін М2 және М3 схемалары қолданылады.Пульсациялық құрылымдағы кернеу М1 шығысынан дифференциялдық тізбекке R21-С410 барады. R21 кедергісінен жиіліктік - сызықтық сигнал алынады,ол М2 схемасынық көмегімен күшейтіліді және М3 микросхемасындағы негізгі сигналмен суммирацияланады.RC-тізбегінің сыйымдылығын және М2 схемасының күшейткіш коэффициентін өзгерту арқылы датчик жібінің тұрақты уақыты мен RC-тізбегінің мәндерін теңестіруге болады.Онда бүкіл термоаненометрдің жиіліктік сипаты белгілі бір шектік жиілікке дейін компенсацияланады.Диаметрі 3мкм жіпті пайдаланғанда және жылдамдығы 10мс ағынның жиілік сипаты ≈5кГц-ке дейін болады.Оптималдық күйге келтіру тікбұрышты сигналдың шығуына дейін жүргізіледі.
Датчик кедергісінің өсуі температураның өсуіне пропорционал,осыдан термоанемометрдің шығыс бөлігіндегі кернеулік өлшеу нүктесіндегі артық температура мәніне сәйкес келеді:
∆Т=kЕшығыс
Мұндағы к-тарировкалық коэффициент.Температура әсерінен датчик аяғы мен жүргізілген сымдардың кедергілерінің өзгерісін өтеу үшін олардың конструкциясы төрт сымды болып алынған.Датчиктің екі аяғы қысқа тұйықталған және ол жүргізілген сымдармен көпірдің иініне ұосылған ілмек құрайды.Ілмек сонымен қатар ішкі электромагниттік мәндерді де толықтырады.Атық температура мен құрылғының шығыс кернеуі арасындағы сызықтық байланыс жылулық пульсацияның интенсивтігін оңай есептеуге мүмкіндік береді:
εt=e'2E
Немесе
εtа=e'2Еа
Мұндағы e'2 -шығыс бөліктегі айнымалы кернеу,оны орта квадраттық вольтметрмен өлшеген, E-тұрақты токтағы вольтметрмен өлшенген орташа кернеу мәні.
E шамасының приборлық қателігі шамамен 0,5%,ал e'2 шамасыныкі 3% дан аспайды.Температура түрлендіргішінің нөлінің кернеуге баруы қателіктің 1%-ке тең боуына алып келді, ал ағын және қоршаған орта температурасының өзгеруі қателікті 2%-ке деін өзгертті.Артық температураның жалпы қателігі Ta-Tg= θa 3.5%-ды құрады, ал пульсацияның интенсивтілігі 6 %-дан аспайды.(амплитуда-жиіліктік сипатын толықтыру кезіндегі қосымша қателік).
§2.4 Кеңістік корреляцияларын өлшеу.
Экспериментте өлшенген корреляция коэффициенті мына теңдеумен анықталады:
R=e1'∙e2'e1'2∙e2'2
Мұндағы e1' және e2' - жылдамдық және температура пульсацияларына сәйкес келетін екі термоанемометрдің электрлік сигналдары.Егер сигналдар орта квадраттық мағынада нөмірленген болса,яғни e1'2=e2'2 онда R=k∙e1n'∙e2n' болады.
Осы принципке байланысты \86,84\ корреляторлары құрастырылған,оның схемасы 2.19-суретте көрсетілген.Термоанемометрден e1' және e2' сигналдары күшейткіштің кіріс жағына келеді жәнк орташа квадрат ретінде нормаланады en'2.Нормаланған e1n' және e2n' сигналдар жинақтау ұяшығына беріледі,ол жерде орташа ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Кіріспе
Бөлім 1.Еркін ағыстағы ағынның сипаттамасына акустикалық әсердің ықпалына және ағыстың еркін шекаралық қабатта турбуленттікке өтуіне шолу жасау.
§1-1.Ағынды орнықтылықтың сызықтық теория шеңберінде зерттеу туралы түсінік.
§1-2.Құйын өсуінің сызықтық емес теориясы негізінде ауысу құбылысын қарастыру.
§1-3.осесимметриялық ағынның бастапқы және соңғы бөліктеріне ағыстың периодтық структурасының әсері.
1.4 Еркін ағыстың сипатына сыртқы акустикалық әсердің ықпалы.
§1.5.Аз қыздырылған өске симметриялы ағынның жылулық сипаттамасы.
2 бөлім.Тәжірибелік бағыттар,аппаратура және өлшеу әдістері
§2.1 Тәжірибелік қондырғының сипаты және ағыс суретіне шолу.
§2.2 Аппаратура және жылдамдық пульсациясын өлшу әдістемесі.
§2.3Аппаратуралар мен орташа және пульсациялық температураны өлшеу әдістері.
ІІІ бөлім.Ағынның жылулық сипатына акустикалық әсердің ықпалы.
§3.1.Ағын өсі бойындағы орташа және пульсациялық сипаттамалар.
§3.2.Ағынның көлденең қимасының орташа және пульсациялық сипаттамалар.
§3.3 Кеңістіктік және бір нүктелі корреляцияларды өлшеу.
§3.4.Ағынға нейтралды жиілікпен әрект ету.
4-бөлім.Фазалық таңдау әдісі бойынша бастапқы бөліктегі ағынның структурасын эксперименттік түрде зерттеу.
§4.1.Температураның сынама өлшемін алу.
§4.2.Құйындар қозғалысының фазалық жылдамдығын анықтау.
§4.3.Құйындағы жылдамдықты өлшеу.
§4.4 Құйындағы температураның таралуы.
Кіріспе
Турбуленттік ағыстың қарқындылығы бастапқы және соңғы ағыстың өту шартына және сырқы орта әсеріне байланысты.Сыртқы орта әсерін процестермен басқаруға болады.Ағыстың құрылымына қарқынды әсер ететін әдістердің бірі ағыстың соңғы бөлігіне бойлық акустикалық толқынды қою болып табылады.Дыбыстық толқындардың жиілігіне байланысты жылдамдықтың турбуленттік пульсациясының күшеюі немесе бәсеңдеуі,орташа жылдамдықтар өрісінің қайта орналасуы және ағынның ұзақтығының өзгеруі орын алады.
Сыртқы орта әсерінен турбуленттік қозғалыстың күшеюі немесе бәсеңдеуі көптеген құрылғыларды пайдалануға жол ашады.Мысалы химиялық технологияда және ағындық аппараттарды құрастыру мен пайдалануда және сонымен қатар физикалық құбылыстарды түсінуде маңызды рөл атқарады.
Бірақ қарастырылған тәжірибелер тек ағынның бірнеше аэродинамикалық сипаттамаларын ғана қамтиды.Бұл жұмыста акустикалық әсердің еркін ағынның бастапқы және соңғы бөліктерінің температура өрістеріне ықпалы қарастырылған.Ағынның құйынды құрылымын меңгерудің тәжірибелік әдісі құрылып сыннан өткізілді,сонымен қатар ағынның бастапқы бөлігінде құйынның пайда болу құрылымы қарастырылды.
Бөлім 1.Еркін ағыстағы ағынның сипаттамасына акустикалық әсердің ықпалына және ағыстың еркін шекаралық қабатта турбуленттікке өтуіне шолу жасау.
§1-1.Ағынды орнықтылықтың сызықтық теория шеңберінде зерттеу туралы түсінік.
О.Рейнольдс 19-шы ғасырдың соңғы ширегіде ламинарлық ағыстың турбуленттікке ауысу құбылысын анықтады.Тәжірибелік және теориялық зерттеулер әлі күнге дейін жалғасуда,өйткені турбуленттік ағынның пайда болу теориясы өте күрделі.Ламинарлық шекаралық қабаттың тұрақсыздығының себебі қондырғының камерасындағы және аэродинамикалық құбырлардағы акустикалық шу,вибрация және басқа да сыртқы факторлар.Алайда,Тұрақсыздықтың әрі қарай артуы Рейнольдс санына байланысты.Егер Re шектік аз болса ,онда шекаралық қабатта пайда болатын аз ғана ауытқу өшеді,ал Re= болса күшейеді және нәтижесінде ағыс турбуленттікке ауысады.Ал Рейнольдстің шектік мәні ағынның таралуына байланысты,яғни қысымның градиентіне ,шекаралық қабаттың қалыңдығының жасанды жолмен өзгеруіне,жылу берілімдерге.
Шекаралық қабатта ламинарлық ағыстың турбуленттікке ауысуын 5 бөлікке бөліп қарастыруға болады:
1.тұрақты ағыс алаңы
2.Толлмин-Шлихтинг толқынының пайда болу және өсу аймағы
Ол ағынның тұрақсыздығынан туады
3.үшөлшемді Бенни-Лин толқынының пайда болуы және өсу аймағы
4.құйынның пайда болу аймағы және екіөлшемді тұрақсыздықтың өсуі
5.турбуленттік дақ Эммонстың пайда болу аймағы және жетілген турбуленттік ағынға көшу аймағы.
Бірінші және екінші аймақтар гидродинамикалық тұрақтылықтың сызықтық теориясымен толық сипатталады.Бұл теория шекаралық қабаттағы ағынға байланысты ,яғни ламинарлық ағыстың шексіз аз ауытқуы кеңістік бойынша немесе уақыт бойынша өсетінін немесе өшетінін анықтайды.Еркін шекаралық қабаттағы тұрақсыз ағысқа байланысты қысқаша шолу жасайық.
Ағындағы жылдамдықты және қысымды пульсациялық шама ретінде алайық:
U=U+u' ,V=v' ,P=P+p' (1.1)
Мұнда u'≪U , p'≪P.Құйынды өріс үшін жеке тербелістің ток функциясын берейік
(1.2)
Мұндағы φ=φr+iφi-құйынның комплекстік амплитудасы,
- толқындық сан,-толқын ұзындығы.Сұйықтың жазық қозғалысына арналған Навье-Стокс теңдеуі Орра-Зоммерфельд теңдеуіне ауысады
(1.3)
Бұл теңдеудіз ерттеу тұрақтылықтың сызықтық теориясы негізінде жүргізіледі.Мұндағы ,c=βα=cr+ici- комплекстік шамалар,мұндағы βr-шеңберлік жиілік,ci-тербелістің фазалық жылдамдығы,
βi және ci -коэффиценттер,бұл коэффиценттер құйынның өшуді (βi , ci0) немесе өсуін (βi , ci0) білдіреді.Рейнольдстің үлкен шамалары үшін (1.3) теңдеуі мына түрде болады
(1.4)
Шекаралық қабаттан тыс жерде құйын жоғалады,осыған мына шектік шарттар сәйкес келеді:
Егер шекаралық қабаттағы жылдамдық сызықтық сипатта болса онда теңдеу мына түрде болады:
Осындай теңдеудің шешімі мына түрде болады:
Бұл теңдеу ағынның әртүрлі бөліктерін сипаттайды:
φ(y)= A1e-αy+B1eαy δ=y=infinityA2e-αy+B2eαy 0=y=δ A3e-αy+B3eαy -infinity=y=0
Мұндағы δ-шекаралық қабаттың қалыңдығы,осы шамаға байланысты Рейнельдс саны анықталады.
Шекаралық аймақтағы жылдамдық компонентерінің теңдігін және көріністердің үздіксіздігін пайдаланып релей мына шешімді алды:
сUa=12+-12αδ(αδ2-1)2-e-2αδ
Фазалық жылдамдық тұрақты болып қалады:
cr=0.5Ua
αδcicr=e-2αδ-(αδ-1)2 шамасы кеңістіктік күшею шамасы деп аталады және ол құйынның күшею шамасын сипаттайды.Толқындық санға қарағанда ол әр түрлі мән қабылдай алады.Максималдық коэффициенті αδ=0,797 тең болғанда ол 0,402 мәнін қабылдайды.Құйынның толқын ұзындығы тең.Амплитуданың ең үлкен мәні үшін қалыңдық δ*=δ3 үшін
Осыдан шекаралық қабат қалыңдығына байланысты шексіз жиілік 0,0211 - ге тең екені анықталады.Жүргізілген тәжірибелер нәтижесі теориялық мәндермен сәйкес келеді. Тәжірибелік нәтижелермен анықталған Струхаль саны мына тәуелділікке бағынады Sh=k∙Re
Мұндағы к-тұрақты,ол ағынның ағып өтуінің бастапқы шарттарына байланысты.Re1.2∙105 мәні үшін к саны 0,0195-ке тең,ал к=0.0211 үшін Re3∙105 мәнін қабылдайды.Мұндай айырмашылықтар қондырғының каналдарының әр түрлі формада болуына байланысты.к коэффициентінің мәні шекаралық қабаттың қалыңдығына және құбырлардан ағып өтетін ағынның жылдамдығына байланысты анықталады:
δ*d=kRe
Құбыр аймағы мен ауысу нүктесіне дейінгі қашықтықтың 85-95%-ы құйынның сызықтық өсу аймағын құрайды,яғни тәжірибе арқылы шекаралық қабаттағы тербеліс жылдамдығын анықтауға болады,ол синусойдалық формаға сәйкес келеді.1.3-ші суретте көрсетілген.
§1-2.Құйын өсуінің сызықтық емес теориясы негізінде ауысу құбылысын қарастыру.
Сызықтық теориясы маңызды тәжірибелік нәтижелер береді.Бірақ бұл теория құйынды ағыстың ұзақ уақыт өсуі туралы дұрыс шешімдер бере алмайды.
Рейнельдс саны үшін тұрақсыз ортадағы құйын уақыт бойынша өзгеріп отырады.Бірақ тәжірибе жүзінде олар уақыт бойынша тұрақталады немесе ламинарлық ағыс жойылады.Осыған байланысты сызықтық емес мүшелерді ескеру керек болады.
Осындай есепті шешудің модифицирленген әдісін академик Струминский В.В ұсынған болатын.Бұл әдісте ток функциясы мына түрде болады:
(1.5)
Бұл әдісте уақыт үзіндісі мына түрде беріледі:
(1.6)
Мұндағы ε-кіші параметр,Tn-белгісіз функциялар жиындығы,An- ыдырау коэффициенті,Фn-координата және уақытқа тәуелді функция.Осы шарттарды қолдана отырып қозғалыстың теңдеуіне (1.5) және (1.6) қойып рекурренттік дифференциалдық теңдеулер аламыз.Бұл теңдеу кейін жай дифференциалдық теңдеуге айналады.Бірінші жуықтауда құйын қозғалысы үшін ток функциясы мына түрде болады:
{φ1α1Re0} тұрақты ағыс бөлігінде t -ның үлкен мәндері үшін бірінші жуықтау нөлге ұмтылады,ал (γ10) тұрақсыз бөлігінде уақыт бойынша тұрақтанады.Басқа жуықтаулар да осыған ұқсас жүреді.
Егер бастапқы шарттарды өзгертім төмендегі теңдеудің жеке шешімін тапсақ
Мынаны аламыз
(1.7)
Мұндағы А1(t) - ның мәні бір болады. γ10 болғанда және t мәнінің өсуі кезінде ток функциясы нөлге ұмтылады.Ал егер γ10 болғанда және t - ның аз мәні үшін (1.7) - ті жазамыз
Бұл құйынның уақыт бойынша тұрақтанатынын білдіреді бірақ ағыс ламинарлы және периодты болады.
Осы жұмыстарды негізге ала отырып құйындалған ламинарлық ағыс кейін тағы да ламинарлық ағысқа айналады,бірақ оның құрылымы күрделі болады.Бұл ауысу туралы ең алғаш Л.Д.Ландау ұсынған болатын.Бірақ жаңа перидтық ламинарлық ағыстың құпиялары әлі ашылмады.Бұл күрделі қозғалыс құрылымы реттелген құйындарға байланысты,яғни әрбір жеке құйын ішкі ламинарлық ағыстан құралады.Пайда болған құйын белгілі бір өлшемде болу керек.Бірақ бұл ағыс турбуленттік емес өйткені турбулеттік құйындардың жиілігі ауқымды болу керек.Алғашқы кіші масштабтағы құйындар ағыс бойымен төмен қарай қозғалып басқа қлкен масштаптағы құйындармен бірігуі мүмкін.Пайда болған құйын әлі де ламинарлық сипатта болады.
Қазіргі кезде тұрақтылықтың сызықтық емес теория әлі маңызды практикалық нәтиже бермеді,бірақ болашақта үлкен нәтижелер күтілуде.
Сонымен қатар екінші ретті тұрақсыздықтар теориясын құру көзделді.Бұл теория бойынша үлкен масштабтағы құйындар фонында кіші масштабтағы пульсациялар жылдам өседі.Осыдан Эммонс дақтары пайда болады.Бұл теория 3-4 - ші өзгеру аймақтарын сипаттайды және турбуленттікке ауысу кезіндегі шектік Рейнольдс санын анықтауға мүмкіндік береді.
§1-3.осесимметриялық ағынның бастапқы және соңғы бөліктеріне ағыстың периодтық структурасының әсері.
Шекаралық қабаттағы тұрақсыздықтың нәтижесінде құйын пайда болады.Еркін ағындағы құйындар ағыспен төмен тарала отырып өзінің көлемін үлкейтеді, бір - бірімен әсерлеседі және бұзылады осыдан турбуленттік пайда болады.Осесимметриялық ағыстың бастапқы және соңғы бөліктерін эксперименттік зерттеу кезінде олардың спектральдық және корреляциялық әдістермен белгіленеді.Егер құбырдың шетінде құйындар пайда болып және олардың арақашықтығы құбыр диаметрінен әлде қайда аз болса онда құйындар бірігуі мүмкін.Бұл үлкен масштабтағы құйындардың пайда болуына және шекаралық қабаттың жылдам өсуіне алып келеді.Құйындардың арақашықтығы екі еселеніп соңында құбыр диаметрімен теңеседі.әрбір құйындардың қосылуы олардың тұрақсыздығына алып келеді,процестің соңында олардың тұрақтылығы бұзылады.Осыдан кейін үлкен масштабтағы құйындар таралып,кең көлемді жиіліктегі пульсациялық жылдамдық құрылады.
Рейнельдстің осы мәнінде шекралық қабаттың қалыңдығын өзгертіп ағынның бастапқы бөлігіндегі құйынның пайда болу сипатына әсер етуге болады.Шекаралық қабаттың қалыңдығының өсуі ламинарлық ағыс ауданының өсуіне және үлкен масштабты құйындардың пайда болуына алып келеді, ал керісінше азаюы кіші масштабтағы құйындардың пайда болуына алып келеді.Бұл құйындар бір-бірімен әсерлеседі.Осындай әсерлесулер нәтижесінде ағыстың төменгі бөлігінде белгілі бір жиіліктегі периодтық құйындар пайда болады.Мұндағы жиілік Рейнольдс санына тәуелді болмайды.Ал Струхаль саны шамамен 0,4-0,6-ға тең болады.
1.4 - ші суретте Струхаль санының Рейнольдс санына тәуелділігі және пульсациялық жылдамдық жиілігі көрсетілген.Тәжірибеде шекаралық қабаттың қалыңдығы өту жылдамдығына,құбыр формасына және әртүрлі ұзындықтағы жалғамаларды қолдану әсрінен өзгерді.
Зерттеулер нәтижесінде дискреттік құйын структурасы ағынның акустикалық шудың негізі болып табылады.
Еркін ағынның бастапқы және соңғы бөліктеріндегі құйындық структура құбылысы ,сонымен қатар олардың сипттамасына акустикалық әсердің ықплы туралы А.С Геневскийдің,Е.В.Власованың және А.В.Колесинкованың "Аэроакустикалық әсерлер"атты монографиясынан толық білуге болады.
3,16гц жиіліктегі турбуленттік ағынның спекральдық сипаттамасы өлшенді,соның нәтижесінде бастапқы бөліктерде sh=0,2-0,8 шамасында қысымның және пульсациялық жылдамдықтың максимумдарының пайда болуы ,өсуі және жоғалуы орын алатыны анықталды,1.5-ші сурет.Корреляциялық әдіс те оның периодтық ағыс екенін көрсетеді.Өйткені пульсациялық жылдамдығы u' және x\d=3-4 болатын құйынның кореляциясының кеңістіктік қисығы толқын тәрізді болып келеді.1.6-сурет. Ол бірнеше рет ордината өстерімен қиылысады.Екі нөлдік мәндердің арақашықтығынан Ruu құйындардың масштабын анықтауға болады.Жұмыста ағыстың периодтық сипатының көрінуінің сандық мәндері кореляциялық анализді пайдалана отырып алынды.Мұндағы Ua=59мс, d=20мм, εa=0.5;5;10%,∆f=10Гц (1.7-сурет).Графиктерден Струхаль санының басқа мәндеріне қарағанда ағынның периодтығы Sh=0.48 мәнінде айқын көрінеді. Жылдамдық пульсациялары u',v' және P' қысымның
пулсациясымен кеңістіктік-уақыттық кореляцияны өлшегенде осынған жақын нәтиже берген.(Rup,Rvp≈0.25-0.5).
Ағыстың периодтық сипаттамасын алу үшін шекаралық қабаттың сыртқы орта әсетіне сезгіштігі ескерілген болатын.Мысалы,\29\жұмыста әртүрлі жиіліктегі акустикалық қозғалысқа турбуленттік құйынның реакциясы зерттелді.Пульсациялық жылдамдықтың орташа квадраттық мәні құбырдың εua бөлігіндегі интенсивтік пульсацияға байланысты анықталды.Ол ағыс бойымен таралатын дыбыс көзі арқылы эксперимент жүргізуші береді.Ағыс өсіндегі интенсивтік пульсация εu Струхаль санына және қозу шамасына тәуелді болатыны анықталды.1.8-сурет. εu максималдық мәні Sh=0.3 - ке сәйкес келеді,ал εuа -ның үлкен мәндері үшін "қанығу"болады,яғни εuа - ның алдағы өсуі εu-ге айтарлықтай әсер етпейді.Бұл нәтижелерді пайдалана отырып Sh=0.3 мәнінде ағынның сыртқы дыбыстарға айтпрлықтай сезімтал келетіні анықталды.Осыған ұқсас нәтижелер \37\жұмыста сипатталады.Кейбір жағдайларда Струхаль санының Sh=0.35-0.50 мәндері алынған,бұл резервердің әртүрлі ерекшеліктеріне және әртүрлі авторлардың берген шарттарына байланысты деп түсіндіріледі.
Толқынның құрылымын анықтаудың фазалық орталау әдісі туралы айтып кеткен жөн,бұл туралы \38,39,40\жұмыстарда сипатталған.Әдістің ерекшелігі керекті гармоникалық сигналды алу үшін синхрондық детекторды пайдалану болып табылады.Бұл әдіске §2.8 те ерекше назар аударылады.
§1.4 Еркін ағыстың сипатына сыртқы акустикалық әсердің ықпалы.
Ағынның дыбысқа деген сезгіштігі жүз жыл бұрын анықталған.Бұл құбылысы Релей шекаралық қабаттың тұрақсыздығы тұрғысынан түсіндірген болатын.Бірақ ағынның құрылымына дыбыстың әсеріне байланысты негізгі зерттеулер соңғы жылдарда жүргізілуде.Турбуленттік ағын шудың негізгі көзі болып табылады.Осыған байланысты егер күшті акустикалық өрісті салса ағынның турбуленттікке табиғи ауысуы және оның негізгі сипаты бұзылады.
Осы бағыттағы тәжірибелік жұмыстарды Е.В.Власов және А.С.Гиневский\41,42,43\ жүргізген болатын ,сонымен қатар С.И.Исатаев және С.Б.Тарасов да \31,44\зерттеген.Диаметрі 1055мм болатын құбырдан ағып өтетін изотермиялық турбуленттік ағын зерттелді.Ағынның жылдамдығы 10114м\с диапазонында болды.Акустикалық өріс бір немесе үш динамиктердің көмегімен жасалды.Ол ағыс бойына немесе оған көлденең бағытта орналастырылды.Дыбыстық қысым L шамасы 120-125дб болды.Рейнельдс санының 1,35∙1042,6∙105 диапазонында құбыр қимасындағы(ағын центрінде) бастапқы турбулкенттік 1% құрайды. x\d=8 шамасындағы датчик әсердің жиілігіне тәуелді орташа және бойлық пульсацмялық жылдамдықты белгілеп отырды.Датчик ағын өсінің бойында орналасқан.
Струхаль санының Sh=0.21 диапазонындағы ықпал орташа жылдамдықтың азаюына және пульсацияның өсуіне алып келетіні анықталды.Сонымен қатар ең үлкен эффект Sh=0.30.6 диапазонында байқалды.Sh=15 және
Re≈4.4∙104 болғанда әсер кері сипатта болады,яғни орташа жылдамдық өсіп,ал пульсация кемиді.Бұл эффекттердің шамасы дыбыстық қысымның дәрижесіне және Рейнельдс санына тәуелді.Егер құбыр жиігіндегі шекаралық қабат ламинарлы болса және дыбыстық өріс ағыс бойымен бағытталса,онда көрсетілген эффекттер өте аз дыбыстық қысымда L=90100дб бақалады.1,9-сурет.
1,10-суретте Струхаль санының екі мәніне байланысты алынған орташа және пульсациялық жылдамдықтар көрсетілген.Суреттен акустикалық әсердің ағын құрылымына деген ықпалы екі жақты сипатта болатыны көрінеді.Струхаль санының аз мәнінде (Sh=0.4)орташа жылдамдық тез төмендейді,яғни турбуленттік ауысу қарқындалады.Пульсациялық жасаушының азаюы және турбуленттік ауысудың әлсіреуі салдарынан жоғары қарқынды әсер керісінше бастапқы бөліктің созылуына ,ағынның ұзақ болуына және орташа жылдамдықтың жәймен төмендеуіне алып келеді.Орташа жылдамдықтың көлденең көрінісін өлшегенде де осындай нәтиже алынған.Акустикалық әсердің екі жақты сипаты туралы \36,45-49\жұмыстарында көрсетілген.Бұл жұмыстарда жазық,осесимметриялық ағынды және ауыспалы тығыздықты ағын зерттелген.
Егер акустикалық сигнал жазық толқын ретінде таралса онда дыбыстық толқында пульсациялық қысым ps' мен Us' жылдамдықтың байланысы мына түрде болады:
ps'=ρaUs'
Ағындағы пульсациялық қысымның аэродинамикалық табиғатын изотроптық турбуленттегі пульсациялық қысым сияқты сипаттауға болады
p'≈0.7ρU'2
Енгізілген пульсациялық қысым бастапқы турбуленттік пульсациялық қысымға пропорционал болса әсер эффектісі айқын көріне бастайды,Ps'=αp' немесе εs=0.7αM0εu0
Мұндағы α-тәжірибелік коэффициент. εu0 мәніне ағын өсіндегі максималды пульсация мәнін қабылдауға болады(εu0=0.12).Ал енгізілген пульсацияға εs=0.001 \42\мәнін қойсақ болады. εs, εu0,M мәндерін қойып мына шаманы аламыз α=12,онда Ps'=(12)p' болады.Қозу жоқ кездегі ағын өсіндегі максималдық қысымы мен енгізілген өріс қысымы бір ретте орналасса акустикалық әсер ағысқа айтарлықтай үлкен әсер тигізеді.Сондықтан ағын құрылымына айтарлықтай әсер ету үшін жылдамдықтың өсуіне байланысты дыбыстық қысымды L да өсіру керек.\35\жұмысқа байланысты :
L=20(7.85+2lgM)дб
Егер қолайлы қысымды арттырса Струхаль санының Sh=25 диапазонындағы ағынның турбуленттік ауысуы әлсірейді.
Турбуленттік ауысудың қарқындылығы сыртқы акустикалық және құйындық өрістің "резонанстық" әсер деп түсүндіруге болады.Осның нәтижесінде ток бойымен төмен қараій бағытталған және турбулеттік бтің бұзылуы кезінде пайдп болатын интенсивті үлкен масштабты құйындар пайда болады.Бұл кезде ықпал төмен жиілікте болады(Sh=0.30.6).Пайда болған құйындардың өзара әсерлесуі құйындардың табиғи өсуін әлсіретеді,бұл ағын бойымен қозғалысты да тежейді.Пайда болған құйындардың масштабы шекаралық қабаттың қалыңдығынан кіші болады.Бұл құбылыс жоғарв жиілікте жүреді(Sh=25).
Құйынды ағысты қарастырғанда \37\теориялық жұмысты ескерген жөн.Бұл жұмыста сызықты емес толқындарға анализ жасау үшін интегралдық әдіс пайдаланылған.Ағынның параметрлері толқындық,хаостық және орташаланған сумма түрінде сипатталады.
q=q+q+q'
Кинетикалық энергияның толқындық қозғалысын зерттеуде автор ағынның енінің ,амплтудасыны және Sh0.8 үшін энергия өзгеруін алады.Автор интегралдық шарттарда қозғалыс шарттарын сақтау арқылы есептеген болатын.Струхаль санының шекті мәндері эксперименталдық мәліметтермен сапалық келісім береді.
Г.Н.Абрамовичтің эксперименталдық жұмысы үлкен қызығушылық тудырады.Мұнда \50\үлкен масштабты құйындардың қозғалыстағы ағыс структурасына әсері қарастырылған.
Автор ұсынған ағыс моделі бойынша шекаралық қабаттағы құйын айналып тұратын цилиндрге ауысады.Олардың өсі ағыс бағытына перпендикуляр орналасқан,ал r0 радиус интегралдық масштабқа немесе қабат қалыңдығна пропорционал:
r0=k1δ
Егер цилиндрдің жылдамдығы жергілікті ағыс жылдамдығына тең болмаса ,ал бұрыштық жылдамдық құйындікіне (турбуленттік табылған кезде )тең болмаса онда құйындар (цилиндрлер)жылдамдықтың және қысымның пульсациясын туғызады.Теориялық зерттеулер ағынның маңызды сипаттамалары болып есептелетін жылдамдық және қысымның пульсацияларын жан-жақты зерттеуге жол ашты,сонымен қатар бұл шамаларды тек ауысу болатын аймақта ғана емес оның сыртын да зерттеуге ,яғни турбуленттіктің ұзақтығын бағалауға мүмкіндік берді.Жазық ағын,канал және факл үшін келтірілген есептеу мысалдары эксперименттік нәтижелермен сәйкес келді.Қысым пульсациясының таралуына байланысты ағын ядросындағы жылдамдық пульсациясы өсетіні теориялық бекітілген.Парандтльдің және Шмидттің турбуленттік сандарын бағалау мүмкіндіктері көрсетілген.
§1.5.Аз қыздырылған өске симметриялы ағынның жылулық сипаттамасы.
Газдық ағысты қыздырғанда оның аэродинамикалық сипаттамасы өзгеріске ұшырайтыны белгілі\51,52\.Яғни ағын ені кеңейеді,өстегі орташа жылдамдықтың кемуі жылдамдайды, бастапқы және соңғы боліктегі пульсациялар өседі. Қыздырылған ағын өсі бойындағы қатыстық температура жылдамдыққа қарағанда тез кемиді.Бастапқы бөліктің соңғы жағында температураның пульсациясы максимум мәніне жетеді(εta≈20%) және құбыр бойымен жаймен кемиді.Ал бастапқы бөліктерде жылдамдық пульсациясы температураға қарағанда бірінші болып монотонно өсе бастайды,одан әрі қыздыру дәрежесіне байланысты εu≈1522% мәніне жетеді.Прандтльдің турбуленттік саны 0,70,8 аралығында жатыр,және бұл сан көптеген авторлардың эксперименттік жұмыстарында анықталған.Жылдамдық және температура пульсацияларының арасындағы корреляциялық оң коэффициент (Rvt=0.50.6) \51\ жылу тасымалдау импульс тасымалдаумен байланысты екенін көрсетеді,яғни жылу алмасу ағынның гидродинамикасымен анықталады.
Турбуленттік изотермиялық емес ағындағы жылу алмасудың күшейуіне байланысты жүргізілген тәжірибелер \53\жұмыста көрсетілген.Бұл тәжірибелердегі Струхаль саны 0,02-ден 0,08 - ге дейінгі мәндерді қабылдаған.Сонымен қатар ағынның ұзақтығы кеміді және үйкеліс күші анықталды.
Турбуленттік ағыстың жылулық сипаттамасына акустикалық ықпалдың әсері \54\ жұмыста зерттелген.Бұл жұмыста Рейнельдстің екі саны пайдаланылған Re=1.47∙104 және Re=1.75∙104.Сыртқы ортаның қатты қыздырылуына байланысты θa=Ta-Ta=200℃ ағынның ағыс жылдамдығы 2390 мс аралығында алынды.Ал дыбыстық қысым дәрежесі 100-120дб құрады.
Изотермиялық ағын жылдамдығын анықтаған кездегідей \41\ екі эффект құрылды:Струхаль санының салыстырмалы түрде аз мәнінде (Sh=0.2-0.6) ағын ұзақтығы мен температурасы кеміді.Струхаль санының үлкен мәнінде (Sh=25)ағын ұзақтығы өседі, ағын өсіндегі температура да біршама көбейеді.Авторлар турбуленттік изотермиялық емес ағынды дыбыстық сәулелендіру кезіндегі өзгеріс тұрақты тығыздықтағы өзгеріске ұқсас деген шешімге келді.
Аэродинамикалық ауысуды және еркін турбуленттік ағынның бастапқы бөліктерін зерттеу үшін ағынды акустикалық сәулелендіру қолданылады.Сонымен қатар ауыспалы бөліктегі ағын қозғалысы бастапқы шарттарға тәуелді,яғни бастапқы бөліктегі ағысқа тәуелді болады.Ең бірінші болып акустикалық қозуға шекаралық қабат ұшырайды.Шекаралық қабаттағы изотермиялық емес ағыстың ағуы олардың ашылу бұрышын береді,яғни ағыстың бастапқы бөлігіндегі жылудың интенсивтік ауысуын анықтайды.Қазіргі кезде акустикалық әсердің ламинарлық ағын кезіндегі турбуленттік ағыстың бастапқы және соңғы бөлігіндегі аэродинамикалық және жылулық сипаттамалары туралы тәжірибелік мәліметтер жоқ.Сонымен қатар жылу ауысу құбылысының акустикалық тербеліс және периодтық құйындық құрылымның пайда болуына байланысты бұзылу механизмі де толық түрде анықталмаған.Өкінішке орай ос бағыттағы теориялық зерттеулер тәжірибелікке қарағанда біршама артта келеді,сондықтан тәжірибеден жиналған мәліметтер негізінде ғана акустикалық тербеліс өрісіндегі ағыстың теориялық моделін құруға болады.
Турбуленттіктің структурасын зерттеу арнайы аппараттарсыз мүмкін емес.Көптеген авторлар өздерінің зерттеу жұмыстарында моральдық және физикалық ескірген "Этам" типіндегі термоанемометрді немесе заманға сай шетел фирмаларының құралдарын пайдаланады(мысалы диса электроник фирмасының).Ал біздің елде мұндай аппаратуралар шығарылмайды,тек ғылыми-зерттеу орталықтарында және оқу орындарында құралдарды құрастыру жұмыстары әлі жүргізілуде.Осыған байланысты ҚазҰУ-дың жылу алмасу және жану лабораториясының алдында еркін ағынның ауысуын зерттейтін аппаратура құрастыру мақсаты алға қойылды.Бұл құрал барлық замани талаптарды қанағаттандыру керек.Осындай құралды құрастыру үшін турбуленттік ағысты зерттеуге арналған шетел аппаратуралары негізге алынды.
Осы айтылғандарды ескере отырып зерттеудің негізгі мақсаты белгіленді.
Қойылған мақсат
1.Керекті термоаненометрлік аппаратура құрастыру.
2.Еркін ағындағы жылу-массопе-реноса процесіне акустикалық әсердің ықпалын анықтау үшін тәжірибелік қондырғы құру.
3.Изотермиялық емес шеңберлік ағынның бастапқы және соңғы бөліктеріндегі орташа және пульсациялық жылдамдықтарға әсер ететін акустикалық ықпалдыңдің сандық мәнін анықтау.
4.Ағынның осы бөліктері үшін орташа және пульсациялық температураға әсер ететін акустикалық ықпалдың сандық мәнін анықтау.
5.Акустикалық әсердің нәтижесінде пайда болатын жоғары дәрижелі периодтық ағыстың жылдамдығы мен температурасының орташа статистикалық кеңістіктік орналасуын белгілеу үшін әдістеме және аппаратура құрастыру.
6.Осы құрастырылған әдістеме мен аппаратураны пайдалана отырып ағыстың бастапқы бөлігінің макроструктурасын зерттеу.Осы зерттеулерді пайдаланып жылу-массоауыстыру процесіндегі үлкен масштабты құйындардың рөлін анықтау,құйындардың ішкі құрылысы туралы мәлимет алу керек.
2 бөлім.Тәжірибелік бағыттар,аппаратура және өлшеу әдістері
§2.1 Тәжірибелік қондырғының сипаты және ағыс суретіне шолу.
Берілген мақсатты жүзеге асыру үшін құрылған бағыттарды бірнеше талаптар ескерілді.Олар:
А.ағын жылдамдығвн басқару мүмкіндігі
Б.тыныштандырғыш камера мен құбырдың вибрациясын төмендету
В.акустикалық әсер кезіндегі камераның резонанстық құбылыстын төмендету
Г.құбыр қимасынан аз дәрижедегі турбуленттік ағын алу
Д.ағынды визуальді түрде зерттеу
Е.тыныштандырғыш камерадғы элементтердің минимальды санының болуы,яғни олар жылдамдық және температура профильдерін теңестіреді және дауыс зорайтқыштан шығатын дыбыстық толқынның таралуына кедергі келтіреді.
Осы талаптарды ескере отырып теплеровский қондырғысының негізінде ИАБ-451 типтегі құрал құрастырылды,ол ағынды визуализациялауға мүмкіндік береді.2.1-суретте қондырғының жалпы схемасы келтірілген.1 вентелятордан жұмсақ жүйе арқылы ауа тыныштандырғыш камераға 3 барады,ол сеткалардан 4,5,6 және 7 саплодан тұрады.Коллекторлық двигательдегі кернеуді өзгерту арқылы вентелятордың айналу жылдамдығын басқаруға болады,ал вентелятор камерадағы 3 артық қысымды тудырады.Оның төменгі бөлігінде дауыс зорайтқыш 8 орналасқан,қуаты 25 ватт,сырты сақтандырғыш былғарымен 9 қапталған.Камераның герметизациясы және дауыс зорайтқыштың жақсы жұмыс үстеу үшін полиэтилендік пленкамен қапталған.Камераның резананстық құбылысын азайту үшін қалыңдығы 25мм-лік тақтайдан жасалған және іші 15мм-лік дыбыс жұтатын материалмен қапталған.Құбырдың кіріс диаметрі 200мм және ұзындығы 150мм,сыртқы диаметрі 40мм.Құбырдағы жылуды сақтап қалу үшін сырты асбеста қабатымен қапалған.
Көлемі 0,7x0,7 мм боатын сетка 5 қыздырғыш қызметін атқарады.Ол 150А-ге дейінгі ауыспалы токпен қоректенеді,ал кернеу 6 вольт дейінгі мәндерді қабылдайды.Токты басқару екі лабораториялық автотрансформаторлармен жүргізіледі,олардың біреуі 8 айналма сымдарымен оралған.2.2 - суретте қоректену схемасы келтірілген.
Ауаның камераға бүйір жақтан енуі,оның құбырдан шығуы кезіндегі температурасының тікбұрышты профилін алуын тежейді.Бірақ сеткаға көлденең бағытта әртүрлі температура беру арқылы тікбұрышқа жақын мән алынды.Осындай сетканы құбырдың кірер жерінде қолдану сыртқы бөліктегі температура және жылдамдық пульсацияларының төмендеуіне алып келеді,сонымен қатар орташа температураны қима бойымен тегістейтін қосымша элементтерді қажет етпейді.
Дыбыстық генератордан 17 сигнал тежелу схемасына 15 беріліді,одан санау приборына 14 кейін ИФК-120 импульстік лампасын іске қосатын электрлік стобоскопқа 13 барады.Осыдан ИАБ-451 приборы үшін импульстік жарқырау пайда болады\56\.Сонымен бірге сигнал қуатты күшейту аймағына 18 және дыбыс зорайтқышқа бір уақытта беріледі.Акустикалық өріс ағынның аэродинамикалық қозуды тудырады.Сонымен көлеңкелі прибор көмегімен қозғалмайтын ағыстың суретін көруге болады,өйткені құйын жиілгі сәулелену жиілігіне сәйкес келеді.Егер тежелулер схемасы 16 генераторына жалғанса қозғалмалы ағыс суреті көрінеді,бұл генератордың сигнал жиілігі 17 генераторының жиілігіне жақын келеді.Визуализацияның осындай режимі ағынның бастапқы және соңғы бөліктерінде құйындардың пайда болуын, бірігуін және бұзылуын зерттеу үшін ыңғайлы болып келеді.Дыбыстық қысым қателігі +-5% болатын Ш-3М типті шумометрмен өлшенді.
§2.2 Аппаратура және жылдамдық пульсациясын өлшу әдістемесі.
Ағынның орташа және пульсациялық жылдамдықтарын тұрақты температурадағы термоанемометрмен өлшенді. Термоанемометрдің бірнеше модификацияларын ҚазҰУ-дың жылу алмасу және жану лабораториясында автордың қатысуымен дайындалды.\57-60\Прибордың жұмыс істуінің негізі болып датчиктің (металл түріндегі жіптер,пленкалар) температурасын автоматты түрде тұрақты ұстап тұру алынды,датчик электр тогымен қоректенетін көпірде орналасқан.Егер тұрақты ортада датчиктің жібі қызса және көпір теңгерілсе онда ағын кезінде жіп салқындайды және кедергісі өзгереді.Көпірдің диоганалінде пайда болған кернеу ДУ дифференциялдық күшейткішінің көмегімен өседі,(2.3-сурет).Осыдан кейін сигнал УМ қуат күшейткішіне және көпір үстіне түседі,бұл жіп арқылы өтіп жатқан токтың өсуіне алып келеді.Осының нәтижесінде жіп температурасы және оның кедергісі қалпына келеді,сонымен бірге көпір тұрақтады.Сөйтіп көпір тогы(оның төбесіндегі кернеу)функционалды түрде ағыс жылдамдығымен байланысты.Кернеуді көпірдің төбесінде орналасқан тұрақты токтың вольтметрімен өлшейді,ал пульсациялықты орташа квадраттық мәндегі вольтметрмен өлшейді.
2.4 - суретте тұрақты температураны тудыратын термоанемометрдің СТБ-1 принциптік электрлік схемасы келтірілген.Дифференциялдық күшейткіштің бірінші және екінші каскаттары ІНТ59І типіндегі транзизторлық бу негізінде құрастырылды.Бұл трансизторлардың өзіндік аз ғана шуы және ұқсас сипаттамалары бар.Бұл бүкіл күшейткіштегі шуды және дрейфты басуға көмектеседі.Сонымен қатар бұл екі ДУ каскаттары бір-бірімен синфаздық сигнал бойынша теріс және кері байланыспен байланысқан,бұл көпірдің(синфаздық сигнал) екі иініндегі кернеулердің тең болуы кезінде қателікті азайту мақсатында байланыстырылған.Дифференциялдық күшейткіштегі теріс кері байланыстағы төрт жиілікті тәуелді тізбектер(әр иінде екі -екіден)жалпы кері байланыс кезіндегі жабық тұзақ маңында керекті жиіліктер сипаттамасын қалыптастырады64 ,яғни термоанометрдің жұмыс істеу режимінде.
Тікбұрышты импульстің тұрғызылған генераторы түрлендірушінің амплитудалық-жиіліктік сипаттамасын жөндеу үшін қолданылады,түрлендіруші күшейткіш коэффициентінің (R17),көпір иініндегі индуктивтілік пен беріктіктің өзгеруінен пайда болады(L1,R7).Күшейткіштің ең жоғары жиіліктегі қозуын алдын алу сыйымдылық фильтрімен жүргізіледі (С6-С9).Түрлендіргіштің бірнеше техникалық сипаттамаларын келтірейік:
1.көпір тогы 0,5А - ге дейін
2.Максималды шығу кернеуі(тұрақты құраушылар кезінде) =12В
3.Жиілік диапазоны (кем емес) 0150кГц
4.Қолданылған датчиктердің кедергісі 0,510 Ом
5.көпір балансын ұстап тұру дәлдігі
А)тұрақты құраушылармен 0.05%
Б)ауыспалы құраушылармен 100кГц жиілік шамасында 0.5%
6.Датчик жіптерінің диаметрі 310мкм
7.Датчиктер үшін байланыс кабельдерінің ұзындығы 10м-ге дейін
8.10 кГц жиіліктегі және 10 м\с жылдамдықтағы эквиваленттік шу дәрижесі 0.05%
9.Габариттер 400x125x270мм
Прибордың сыртқы көрінісі 1-суретте көрсетілген.
Көпірдің жоғарғы жағындағы кернеуді өлшеу үшін Ф204,Ф210,ЩІ3І2 типіндегі сандық вольтметрлер қолданылады,бұл прибордың 1 мен 20 секунт аралығында орташаланған тегістеуіш фильтріне толықтырыулар енгізілген.
Сандық вольтметрлердің қателіктерін есептеу үшін мына формула қолданылады:
δ=A+Bxkx-1%
Мұндағы xk-өлшеу нәтижелерінің соңғы мәні,х-алынған кернеу мәні.Ф210 үшін А=0.5,B=0.2 және Ф204 үшін A=0.3, B=0.15.Фильтрді енгізу қателіктің 0.1-0.2 % болуына алып келді.Қателікті есептеудің соңғы формула мына түрде болады:
δ=A+Bxkx-1+0.2%
Орташа квадраттық вольтметр сигналдың квадратқа тікелей әсер ету схемасы бойынша құрастырылған,сонымен қатар токты анықтайтын квадраттық шкаласы бар стрелкалы прибор негізге алынған.Өлшенетін кернеудің диапазоны 2-ден 10В-қа дейін.Прибор жиілігінің диапазоны 1Гц-тен 150кГц-ке дейін болады.Приборларды құрастыру барысында радиоэлектрлік аппаратуралар және схемотехниканың жалпы заңдылықтары ескерілді.\62,63\.
Төменгі шекаралық жиілік 1Гц \64\ жұмыстағы авторлардың ұсынуымен алынды.Олар төменгі шекаралық диапазондағы жиілікке ерекше назар аударған.Авторлардың ойынша турбуленттік сигналды нақты анықтау үшін СКЗ вольтметрі 1Гц-тен де төмен шекаралық жиілікке ие болу керек,өйткені төменгі жиілік облысына келетін энергия үлесі біршама көп.
СКЗ вольтметрінің электрлік схемасы 2.5-суретте көрсетілген.Сигнал бөлгішке келіп,күшейеді,детектрленеді және квадрат тұрғызу үшін диодно-резисторлық тізбекке беріледі.Сигнал түрлендіргіштен кейін импульстік сипатта болғандықтан (турбулент сигналының формасының коэффициенті 3-4-ке дейін жетеді) күшейткіштің шеткі каскаттары жоғары кернеуде қоректенеді және динамикалық диапазонда төрт дәрижелі қоры болады.
Прибордың жеткілікті дәрижеде жақсы сипатта болуы сенімді және тұрақты,төменгі деңгейдегі пулсациялы қорек көздерінің(2.6-сурет) болуына байланысты.(0.5мв-дан аспайды).Барлық қоректену блоктарының стабилизаторлары әртүрлі мөлшердегі ток кезінде шығу кернеуін автоматты түрде тұрақты ұстап тұру принципі бойынша құрастырылған.Мұндай режимді салыстыру көпірі және кері байланысты күшейткіш,қоректенетін қуатты транзистор қамтамасыз етеді.Шығыс кернеуінің азаюы диодно-резисторлық көпірдегі теңгерімнің бұзылуына алып келеді,ол микросхема (1УЕ401 типтегі УПД) мен транзистордың әсеріне күшейеді.Күшейтілген кернеу қуатты транзистордың бастапқы тізбекке беріледи және оны ашады,ол стабилизатордың шығыс кернеуін қалпына келтіреді.Бұл қондырғының стабилизация және шығыс кедергі коэффициенттері кері байланыс тізбегіндегі күшейткіш коэффициентімен анықталады.Шығыс кернеуінің дрейфін негізінен тіректік кернеумен анықтайды,оны салыстыру көпіріндегі стабилитроннан алады\66\.Стабилитрондар қысқа тұйықталудан сақтандырылған.Термоанемометрлік түрлендіру +17 В және -12В кернеумен,ал СКЗ вольтметрі +40В және -12В қоректендіріледі.
Термометрдің жұмыс істеу қабілетін анықтау үшін Амплтуда-жиіліктік,фазалық және шу сипаттамалары алынды.Зерттеу жұмыстарында "ДИСА ЭЛЕКТРОНИК"фирмасының әдістері қолданылған\67\.Және диаметрі 7мкм вольфрамдық,диаметрі 3мкм платиналық датчик пайдаланылды.2.7-суретте микрондық 7 датчиктегі 50мс жылдамдықтағы,150кГц жиіліктегі ағын көрсетілген.Ал 2.8-суретте 200кГц жиіліктегі 3 децибелл дәрижедегі 3 микрондық датчик берілген.
Шу сипатын ДИСА фирмасының"кондиционер"блогы арқылы өлшенді.СТБ-1 термоанемометрлік түрлендіргіштің шығыс бөлігіндегі шу сигналыфильтр арқылы өткізіледі және СКЗ вольтметрімен өлшенеді.Фильтр қиығындағы төменгі жиіліктер жағынан жиілігі 1Гц-ті құрайды,ал жоғаоғы жиіліктер жағынан 100Гц-тен 200Гц-ке дейінгі мәндерді қабылдайды.2.9-суретте түрлендіргіш кернеуінің бастапқы мәніне байланысты СКЗ шуының жабық датчиктегі өткізу жолына тәуелділігі көрсетілген (U=0).Сонымен қатар мұнда ДИСА фирмасының 55М системасының негізгі блогындағы шудыңсиаттамасы көрсетілген (түрлендіргіш).Екі түрлендіргіш те диаметрі 7мкм болатын вольфрамдық датчикпен зерттелді.Бұл екі прибордың сипаттамалары бір-біріне ұқсас болып келетінін ескерген жөн.10м\с жылдамдықтағы 10кгц жиіліктегі ағынның эквиваленттік шу дәрижесі 0.02%-ті құрайды(ДИСА фирмасының қондырғыларында 0.03% -ті құрайды).
50м\с жылдамдықтағы шеңберлі изотермиялық ағынға қосымша салыстырмалы зерттеулнр жүргізілді.Түрлендіргіштің СТБ-1 және ДИСА 55М датчиктері бір-біріне 1.55мм қашықтықта орналастырылған,ағын өсі бойында араласқан.Пульсациялық жылдамдықтың орташа квадраттық мәнін СКЗ вольтметрінің көмегімен анықтайды.2.10-суретте пульсациялық жылдамдықтың екі прибормен өлшенген қақпақ қимасына тәуелділігі көрсетілген.Алынған нәтижелер сәйкес келеді.
Турбуленттік ағын үшін құрастырылған термоанемометрдің жарамдылығы анықталды.
Датчиктің қыздырылған жіптеріндегі жылу алмасуды \68\мына теңдеумен сипаттауға болады:
E2-E02=BU (1)
Мұндағы U-ағыс жылдамдығы,термоанемометрдің көпірінің жоғарғы бөлігіндегі Е 0-бастапқы (E=0 кезінде),ал Е-ағымдағы кернеу.Термоанемометрдің жылдамдығы мен оған сәйкес шығыс кернеуін уақыттың және пульсацияның орташаланған суммасы түрінде алып,яғни:
U=U+u' ,E=E+e'
Деп алып 1-ші формулаға қоямыз.
(E+e')2=BU+u'
U , u' -қа байланысты теңдуді шешсек және аз шамаларды ескермесек мына теңдуді аламыз:
ε=u'2U=4E∙e'2E2-E02
Мұндағы ε-пульсациялық жылдамдықтың қатыстық шамасы.Е0 -шамасы ағын турбуленттігінің аз мәніндегі жылдамдық арқылы тарировкаланған датчик көмегімен график түрінде анықталады.Ордината осіне U,ал обцисса осіне E2 мәндерін орналастырып түзу сызық аламыз,ол абцисса өстерінің экстропаляциясы кезінде E02 -нің кейбір нүктелерін кесіп өтеді.Бұл нүкте жабық датчик кезінде ,қыздырылған жіп жанына табиғи конвекция әсерінен анықталған E0э2 мәнімен сәйкес келмеуі мүмкін.Датчиктің температурасын өсіру кезінде E2мен E0э2 арасындағы айырмашылығы та өседі.
Пульсациялық жылдамдықтың абсолюттік шамасын келесі түрде анықтауға болады.Біріншіден бастапқы жылдамдық кездегі жылу алмасу заңын жазайық:
Ea2-E02=BUa
Ua=(Ea2-E02)2B2
Осыдан ағыстың кез-келген нүктесінде қатыстық жылдамдық мынаған тең болады:
UUa=(E2-E02Ea2-E02)2 (3)
Uмәнін (2)-ші теңдуге қойып абсолютті пульсациялық жылдамдық мәнін аламыз:
εа=u'2Ua=4E∙e'2(E2-E02)( E02-E02)2
Бұл әдістің қателігі шамамен 10%-ды құрайды \68\, әрине турбуленттік 20%-дан аспаған кезде.
(3)-ші теңдеуден көрініп тұрғандай,термоанемометрдің шығыс сигналы арқылы ағынның орташа қатыстық жылдамдықты анықтауға болады.2.11-суретте салыстыру үшін қатыстық орташа жылдамдықтың өс бойында және ағысқа көлденең бағыттағы орналасуы көрсетілген.Егер Пито трубкасының соңғы бөлігіндегі жайпақ қиық ағынға перпендикуляр болса алынған нәтижелермен сәйкес келеді.Ал егер ағынның бағыты трубканың соңғы бөлігіндегі жазық қимаға перпендикуляр болмаса нәтиже өзгеше болады.Сонымен қатар (3)-ші формуладан алынған мәндер соңғы қорытынды есептеулермен сәйкес келеді,мұнда термоанемометрдің сигналы диод тізбегінде сызықтандырылды.\69\
Датчиктер волластандық сыммен жасалған,ал платиналық жіп ұзындығы мен оның диаметрі эксперимент шарттарына байланысты алынды.Қыздыру режимінде диаметрі 12мкм қалыңдығы 2.5мм жіп қолданылды,өйткені платинаның механикалық мықтылығының әлсіздігіне байланысты.Изотермиялық ағыстағы өлшеулер үшін 3-5мкм диаметріндегі 0.6-1.0 мм ұзындықтағы сым көмегімен жасалды.Жылдамдықтың компонентін крест тәрізді датчикпен өлшенді,және біршама өзгертілген Конт-Белло әдісі қолданылды\70\.
Екі айқасқан жіптер үшін теңдеулер жазайық:
Е1=α11uU+α12vU
Е2=α21uU+α22vU
α - жылдамдыққа сезгіштік коэффициенті,u және v-компоненттер,ал U-ағын жылдамдығының абсолют шамасы.Егер екі жіпағынға нормальды болса және α11=α21,онда Е1-Е2 жылдамдық компоненттерінің бірін береді.Бұл тәжірибе келесі түрде жүргізілді.Кері байланыс күшейткіші мен тұрақты температурадағы термоанемометр аралығына ауыспалы кедергі орналастырылған(10-20 Ом),оларды басқару арқылы термоанемометрдің шығыс кернеудін өзгертуге болады,жылдамдықтың үлкен диапазонында Е1-Е2 айырмашылығы нөлге жақын болады,бұл екі жіпке де нормальды болады.Датчиктердің өзара жылулық әсерін азайту үшін жіптердің ара қашықтығын 0.7-0.8 мм-де алынды,яғни жиптердің ұзындығы қатары.\71\
Е1және Е2сигналдары жинақталған схемаға беріледі,ол 2.14-суретте көрсетілген.Операциондық күшейткіштерде құрастырылған осындай схемалардың дрейфі,шуы аз және шешімі жоғары нақтылықта болады.\72,73\.Сыртқы сигналдардың бірігуі М1 микросхемасында және R1R2-де жүргізілді.М2 А кірісіндегі сигналдың полярлығын өзгерту қызметін атқарады.Ал азайту М3 және R3R4-те жүргізіледі.Т1 және Т2 транзисторлары ток арқылы өтетін шығыс сигналды азайту үшін қолданылады.
Жоғарыда көрсетілген термоанемометрдің сипаты жылдамдық компоненттерінің біреуін өлшеуге мүмкіндік береді,бірақ ол үшін жылдамдықпен алдын ала тарировкаланған датчик керек,және бұл датчик өлшенген компонент бағытымен бағыттас.Негізгі қателік аз жылдамдықтар диапазонында(≈4%) α11 және α21 теңдігінің бұзылуына және тарировка процесіне байланысты (≈3%).Жалпы қателік шамамен 7% -ті құрайды.
Жылдамдыққа байланысты изотермиялық емес ағындағы сигналды алу температураның әсерінен датчиктегі кедергінің өзгеруіне байланысты қиындайды.Қазіргі кезде изотермиялық емес ағындағы температура мен жылдамдықты бөлудің бірнеше әдісі бар.Біріншісі,бұл үш қыздырулар әдісі,Оны тұрақты токтағы термоанемометрлер үшін Л.Н.Вулисаның\74\ басқаруымен құрастырылған.Бір нүктедегі жіптердің жылу алмасу теңдулерін шешу арқылы жылдамдық,температура ,сонымен қатар корреляция туралы мәлімет алуға болады.Бұл әдістің кемшілігі жылдамдық және температураға пропорционал болатын электрлік сигналдар алуға болмайды.
Екінші әдіс температураның өзгеруінен термоанемометрдің сезгіштігіне байланысты.Бұл көпірге термоанемометрлік элементті қосу арқылы немесе сигналдан тұрақты температурадағы термоанемометрді алу арқылы жүзеге асыруға болады,яғни зерттеліп отырған нүктедегі температура туралы информациясы бар басқа сигналдың шамасын алып тастау арқылы (мысалы,бұл мақсатта термометр режиміндегі тұрақты токтағы термоанемометрлер немесе аз инерцияланған термоапорлар қолданылады.)\75,76\.
Жоғары температурадағы ағынды және факелді зерттеу үшін тұрақты токтағы немесе тұрақты кедергідегі салқындатылған датчикті қолдану әдісі ең тиімді болып табылады\77-79\.Салқындатылған датчик жану зонасындағы жұмыс істеу бөлігінің бұзылуын болдырмайды,бұл екі датчикте мүмкін емес.Осыған байланысты термопарлық немесе термометрлік кедергілермен жылдамдықтық және температуралық сигналдарды бөлуге болады.Бірақ ағынның жоғары жылдамдықтарында бұл әдіс эффективті болмайды,өйткені жоғары жиіліктер аймағында прибордың амплитудалық және фазалық сипаттамалары әртүрлі болады.
Тұрақты температурадағы термоанемометрге қолданылатын үшінші ретті қыздыру әдісі туралы \80-82\ жұмыстарында жазылған.Термоанемометрдегі сигналдың жылдамдық және температура пульсацияларымен байланысы мына теңдеулермен анықталады,автордың айтуы бойынша:
е2=ku2u'2u2+2ku∙kt∙u'Ta'u Ta-Tg+kt2Ta'2Ta-Tg2
Мұндағы ku және kt жылдамдық және температура пульсацияларына сезгіштік коэффициенті, Taжәне Tg газ және орта температуралары.Егер сезгіштік коэффициенттердің біреуі басымырақ болса ,мысалы kukt , онда жылдамдық пульсациясын анықтау әдісі жеңілдетіледі:
е2≈ku2u'2u2
Егер Tw-TgTa-Tg68 болса.
Мұндағы Tw-қыздырылған датчик температурасы.
Изотермиялық емес ағындағы жылдам сигналдарды алу үшін RwR0 қыздырылған датчигінің осциллографпен алынатын термоанемометрлік сигналға әсерін өлшеген.Датчик аз жиіліктегі акустикалық әсердің ықпал ету салдарынан осимметриялық ағынның бастапқы бөлігінде араласты.\83\.2.15-суретте RwR0 әртүрлі мәндері үшін пульсацияның осциллограммасы көрсетілген.Бұл жерде сонымен қатар (1) қателік кезіндегі температуралық пульсацияның түрі және изотермиялық ағындағы жылдамдықтар берілген(6).Осциллограмм анализінен байқалғандай,қыздыру шамасының көбеюіне байланысты қыздырылған және изотермиялық ағындағы пульсациялар бірдей бола бастайды,бастапқы шамасы RwR0 =2.5-тен басталады.Қыздырудың осы шамасына мына теңдеу сәйкес келеді:
Tw-TgTa-Tg=10 (7)
Қыздыру шамасының одан әрі өсуі екі жағдайдағы пульсациялардың фомасының бір-біріне жақын болуына алып келеді. (7) теңдеуін датчиктің механикалық беріетілігін бұзбай әлсіз қыздырылған ағыс үшін оңай шешуге болады.Біздің жұмыста бұл
Tw-TgTa-Tg=50040=12
Мәнін қабылдады,ал RwR0 мәні 3.0-3.2 аралығында алынды.Датчик ретінде диаметрі 12мкм ұзындығы 2.5мм платиналық жіп пайдаланылды(ld=200).
Ta-Tg=40℃ және Ta-Tg=0 мәндері үшін жылдамдық пульсациясына қатысты алынған нәтижелер 2.16-суретте көрсетілген. Изотермиялық ағынның RwR0 =1.8, RwR0 =3.2 және изотермиялық емес ағынның RwR0 =3.2 мәнінде пульсациялардың мәні бір шамада болады.Бұндай тұжырым 2.17-суретте көрсетілген көлденең қиылысқан ағынның пульсациялық жылдамдықтарыдың орналасуынан көруге болады.Эксперименталды нүктелердің орналасуы линеаризаторды қолданбай тұрақты температурадағы жалпы өлшеу қателігінің шегімен анықталады.Бұл қателік 10-15%-ті құрайды деген шешімге алып келеді.
§2.3Аппаратуралар мен орташа және пульсациялық температураны өлшеу әдістері.
Ағынның жылулық сипатын зерттеу үшін кедергі термометрінің режиміндегі термоанемометрді пайдаланады.Бұл құрал ҚазҰУ-дың жылу алмасу және жану лабораториясында құрастырылды\84\.2.18-суретте термоанемоетрдің принциптік схемасы көрсетілген.Құрастыру температураны тез өлшейтін құрал негізінде жүргізілді.\85\.Диаметрі 3 мкм болатын платиналық жіптен тұратын датчик көпір иініне орналастырылған ,ол R2-R5 кедергілерінен туындайды.Көпір диагоналдарына артылған жүк М1 операциялық күшейткіштің кіруі болып табылад,ол көпір күшейткішінің коэффициентін өзгертуге және көпір диагоналінің жабық кезіндегі R5 кедергі теңгерімінің үлестірілуін қамтамасыз етеді.Көпірдің қоректенуі 2 ма токпен жүргізіледі(R1арқылы),бірақ сонымен қатар датчик арқылы 1 ма ток өтеді,өйткені көпір иіндері бірдей кедергіде болады.Бұл ток жіптің айтарлықтай қызуын тудырмайды,осыдан термоанемометр жылдамдыққа сезімтал болмайды.Көпір температурасының сырты орта температурасымен теңестіруін R4 және R5 резисторлары арқылы жүргізіледі,сонымен қатар М3 микросхемасының шығыс жағында жалпы шиналарға қатысты потенциал нөл болу керек.
Датчикті изотермиялық емес ағынға салғанда оның кедергісі өзгереді,және М1(М3) - тің шығыс бөлігінде кернеу пайда болады,ол артық температураға пропорционалды болады.Датчиктің жылулық инерциясының үлкен болуына байланысты құрылғының жиіліктік сипаты жоғары жиіліктер обласында тік құлдырауды көрсетеді.Жиіліктік құлдырауларды толықтыру үшін М2 және М3 схемалары қолданылады.Пульсациялық құрылымдағы кернеу М1 шығысынан дифференциялдық тізбекке R21-С410 барады. R21 кедергісінен жиіліктік - сызықтық сигнал алынады,ол М2 схемасынық көмегімен күшейтіліді және М3 микросхемасындағы негізгі сигналмен суммирацияланады.RC-тізбегінің сыйымдылығын және М2 схемасының күшейткіш коэффициентін өзгерту арқылы датчик жібінің тұрақты уақыты мен RC-тізбегінің мәндерін теңестіруге болады.Онда бүкіл термоаненометрдің жиіліктік сипаты белгілі бір шектік жиілікке дейін компенсацияланады.Диаметрі 3мкм жіпті пайдаланғанда және жылдамдығы 10мс ағынның жиілік сипаты ≈5кГц-ке дейін болады.Оптималдық күйге келтіру тікбұрышты сигналдың шығуына дейін жүргізіледі.
Датчик кедергісінің өсуі температураның өсуіне пропорционал,осыдан термоанемометрдің шығыс бөлігіндегі кернеулік өлшеу нүктесіндегі артық температура мәніне сәйкес келеді:
∆Т=kЕшығыс
Мұндағы к-тарировкалық коэффициент.Температура әсерінен датчик аяғы мен жүргізілген сымдардың кедергілерінің өзгерісін өтеу үшін олардың конструкциясы төрт сымды болып алынған.Датчиктің екі аяғы қысқа тұйықталған және ол жүргізілген сымдармен көпірдің иініне ұосылған ілмек құрайды.Ілмек сонымен қатар ішкі электромагниттік мәндерді де толықтырады.Атық температура мен құрылғының шығыс кернеуі арасындағы сызықтық байланыс жылулық пульсацияның интенсивтігін оңай есептеуге мүмкіндік береді:
εt=e'2E
Немесе
εtа=e'2Еа
Мұндағы e'2 -шығыс бөліктегі айнымалы кернеу,оны орта квадраттық вольтметрмен өлшеген, E-тұрақты токтағы вольтметрмен өлшенген орташа кернеу мәні.
E шамасының приборлық қателігі шамамен 0,5%,ал e'2 шамасыныкі 3% дан аспайды.Температура түрлендіргішінің нөлінің кернеуге баруы қателіктің 1%-ке тең боуына алып келді, ал ағын және қоршаған орта температурасының өзгеруі қателікті 2%-ке деін өзгертті.Артық температураның жалпы қателігі Ta-Tg= θa 3.5%-ды құрады, ал пульсацияның интенсивтілігі 6 %-дан аспайды.(амплитуда-жиіліктік сипатын толықтыру кезіндегі қосымша қателік).
§2.4 Кеңістік корреляцияларын өлшеу.
Экспериментте өлшенген корреляция коэффициенті мына теңдеумен анықталады:
R=e1'∙e2'e1'2∙e2'2
Мұндағы e1' және e2' - жылдамдық және температура пульсацияларына сәйкес келетін екі термоанемометрдің электрлік сигналдары.Егер сигналдар орта квадраттық мағынада нөмірленген болса,яғни e1'2=e2'2 онда R=k∙e1n'∙e2n' болады.
Осы принципке байланысты \86,84\ корреляторлары құрастырылған,оның схемасы 2.19-суретте көрсетілген.Термоанемометрден e1' және e2' сигналдары күшейткіштің кіріс жағына келеді жәнк орташа квадрат ретінде нормаланады en'2.Нормаланған e1n' және e2n' сигналдар жинақтау ұяшығына беріледі,ол жерде орташа ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Ұқсас жұмыстар
Пәндер
- Іс жүргізу
- Автоматтандыру, Техника
- Алғашқы әскери дайындық
- Астрономия
- Ауыл шаруашылығы
- Банк ісі
- Бизнесті бағалау
- Биология
- Бухгалтерлік іс
- Валеология
- Ветеринария
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Дін
- Ет, сүт, шарап өнімдері
- Жалпы тарих
- Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
- Журналистика
- Информатика
- Кеден ісі
- Маркетинг
- Математика, Геометрия
- Медицина
- Мемлекеттік басқару
- Менеджмент
- Мұнай, Газ
- Мұрағат ісі
- Мәдениеттану
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
- Педагогика
- Полиграфия
- Психология
- Салық
- Саясаттану
- Сақтандыру
- Сертификаттау, стандарттау
- Социология, Демография
- Спорт
- Статистика
- Тілтану, Филология
- Тарихи тұлғалар
- Тау-кен ісі
- Транспорт
- Туризм
- Физика
- Философия
- Халықаралық қатынастар
- Химия
- Экология, Қоршаған ортаны қорғау
- Экономика
- Экономикалық география
- Электротехника
- Қазақстан тарихы
- Қаржы
- Құрылыс
- Құқық, Криминалистика
- Әдебиет
- Өнер, музыка
- Өнеркәсіп, Өндіріс
Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.
Ақпарат
Қосымша
Email: info@stud.kz