Жергілікті кедергілер

Пән: Физика
Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 6 бет
Таңдаулыға:

Кіріспе

Аэродинамикалық кедергінің жалпы заңдылықтары

Қазбаның аэродинамикалық кедергiсiнiң ерекшелiктерi . h= ξρu2/2 ,

h = ξ(ρ/2S2) Q2 = RQ2 жəне h = kл (ρ /2) [Sм/(S - Sм) 2] Q2 = RQ2 өрнектерiн салыстырып оның мына түрде жазылатынын байқауға болады:

h = RQ2 (7. 26)

мұнда, R - нысанның аэродинамикалық кедергiсi.

Бұл қозғалыстың дамыған турбуленттiк режимiндегi кедергiнiң квадраттық заңына сəйкес келедi. α, ξ, Кл - коэффициенттерiнiң тəуелсiздiгiмен, Re санынан R -ге cəйкес кедергiлерi ұқсас. Мұндай ұқсастықтар кедергi күшiнiң тек тепе-теңдiк жағдайы мен кедергiлердiң үш негiзгi түрiнiң механизмдерiнiң ұқсастығынан ғана болуы мүмкiн. Мұны қазбаның негiзгi кедергiлерiнiң табиғатының бiрыңғайлығы (үйкелiс кедергiсi, жергiлiктi кедергi мен мандайша кедергi) мен бұл бөлудiң анықталған шарттылығының қортындысы дəлелдейдi. Бұдан қазбаның желдету қиындығы α, ξ, Кл коэффициенттерiмен емес, оның кедергiсi R арқылы анықталатынын білуге болады.

Жергілікті кедергілер

Жергiлiктi кедергiге ағынның формасының кенеттен өзгеруі (жергiлiктi), жəне сыртқы шекара бағытының ауысыуы (шұғыл кеңею, тарылу мен бұрылу, желдетіс терезесі, қазбаның тарамдалу орны, кроссингiлер, желдетіс арналары т. б. ) жатады (7. 7-суретте) .

Кедергi күшiнiң механизмiнiң əсерi, жергiлiктi кедергiге ауаның инерция күшiнiң əсерiнен ағынның қатты шекарадан үзiлуi мен еркiн ағыншаның пайда болуы тəн. Нəтижесiнде, ағынның еркiнше карасымен қазба бетiнiң арасы өлi немесе тоқырау деп аталатын (7. 7-сурет, 1 - 2 - 3 - 1 аймағы) аймақ айналмалы қозғалыста болатын ауа массасымен толығады.

Мұндай аймақтың айналу қозғалысының энергиясы iшкi үйкелiсiнiң көмегiмен майда иiрiмдерге құйындарға берiлiп, ең соңында жылуға айналып сейiледi. Бұл кезде 1-3 шекарасы арқылы турбуленттiк алмасу нəтижесiнде негiзгi ағыннан жоғарғы энергиясы бар ауа көлемi өлi аймақтан аз энергиялы ауа көлемiмен қосылады. Осының салдарынан осы шектелген учаскеде ағынның тұрақты энергия шығыны болып, оның көлемi қазбаның шектелген учаскедегi əдеттегi бөлiнетiн энергиясынан едəуiр көп болады.

7. 7-сурет. Қазбадағы жергiлiктi кедергiлердің сұлбасы: а - кенеттен ұлғаю; б - кенеттен тарылу; в - желдету терезесi; г -айналма; д - ағынның тарамдануы; е - ағынның қосылуы; ж - айналумен бiр мезгiлде тарылу (мысалы желдету арнасының оқпанмен түйiсуi)

3-3 қимасында ағын қазбаның бетiне жетедi. Мұнда ағын жылдамдығы азаяды да, тоқырау аймағы жоғалады. Дегенмен, бұл аймақтан шыққан иiрiмдер бiрталай қашықтыққа дейiн тарап, осы нысымен жергiлiктi кедергiнi ұлғайтады. Қазбаның кенеттен ұлғаюынан болатын қысымның (Па) қосымша кемуi Бордо - Карно формуласымен анықталады:

h = (ρ/2 (u1 - u2) 2 (7. 18)

мұнда, ρ - кг/м3 ауа тығыздығы, u1 u2 - м/сек сəйкес тар жəне кең қимадағы ауа қозғалысының жылдамдығы. Осыған ұқсас, ағыны шұғыл кеңеюiн қатты дененiң серпiлуi емес соққы құбылысымен салыстырылады. Бұл екi құбылыстың сыртқы ұқсастығы ағынның шұғыл ұлғаюын соққы деп атауға негiз болды. Ағынның ұлғаюы мен ағынның үзiлуi жергiлiктi кедергiнiң барлық түрiне қатысы бар.

Жергiлiктi кедергi нысандарының қосынды кедергi күшi, олардың салыстырмалы орналасуымен өзара қашықтығына тəуелдi.

Жергiлiктi кедергi нысандарының өзара қашықтығы ағынның деформация дəрежесiмен келесi кедергiге кiруiндегi оның шекаралық қабатын қалпына келуiн анықтайды. Деформацияланған жылдамдық өрiсiнiң толық қалпына келуi жергiлiктi кедергiден кризистiк қашықтықта жүредi. Егер екi кедергiнiң өзара қашықтығы кризистiк қашықтықтан кiшi болса, онда екiншiсiнiң бiреуi табылған орында, құйындау қарқыны мен кедергi шамасы аз болады.

Жергiлiктi кедергi нысандарының белгiлi бiр өзара орналасуы қосымша құйын жасап оның көрiнуi, кедергiсiнiң артуы мүмкiн. (Мысалы, əртүрлi жазықтықтағы екi иiннiң қосынды кедергiсi бiр жазықтықтағы қос иiннiң кедергiсiнен көп болады) .

Жергiлiктi кедергiні есептеу.

Жергiлiктi кедергiнiң депрессиясын есептеудi анықтаушы күштiң тепе-теңдiгi (7. 8) формуласынан шығарып алуға болар едi. Бiрақ оны қолдану ауа қозғалысын нақты ең үлкен жылдамдығын анықтау қажеттiлiгiнен қиындайды. Бұл мақсат үшiн тəжiрибемен табылған формуланы пайдаланады. Мұның мəнi жергiлiктi кедергiнiң депрессиясы ағын энергиясының бөлiгi болатындығында. Яғни:

h= ξρu2/2 (7. 19)

мұнда, ξ - жергiлiктi кедергi коэффициентi.

Ауа жылдамдығын оның шығынымен өрнектеп табамыз.

h = ξ(ρ/2S2) Q2 = RQ2 (7. 20)

мұнда, S - қазбаны көлденең қимасының ауданы, м2; Q - ауа шығыны, м3/сек; R - Hc2/м8 қазба учаскесiнiң жергiлiктi кедергiсiмен қоса алғандағы аэродинамикалық кедергiсi, ол келесі формуламен анықталады:

R = ξρ/2/S2 (7. 21)

(7. 19) өрнегiнен қазбаның жалпы депрессиясындағы жергiлiктi кедергiнiң депрессиясы ауа жылдамдығы үлкен болған сайын арта түсетіні байқалады. Ауа жылдамдығының ең үлкен жерде (желдеткiш арналарында, оқпан сағасы маңында т. б. ) жергiлiктi кедергiнің депрессиясы бiрнеше жүздеген паскалға жетуi мүмкiн. Жергiлiктi кедергiлерден тұратын күрделi қатардың (желдеткiштер арнасы, крос синги жəне басқалар) жалпы депрессия қатардағы жергiлiктi кедергiлердiң депрессиясымен (17. 9) формуласымен анықталатын үйкелiс депрессиясының қосындысына тең.

Желдетіс терезесiндегi қысымның (Па) жоғалуын анықтау үшiн А. А. Харев келесі формуланы ұсынады:

(7. 22)

мұнда, Q - терезеден өтетiн ауа шығыны, м3/сек; Soк - терезе ауданы, м2; S - қазбаның терезе орнатылған жердегi көлденең қимасының ауданы, м2. (7. 22) формуласы Soк/S кез келген мəнiне тура келеді.

Жергiлiктi кедергi коэффициентiн анықтау.

Əдетте жергiлiктi кедергi коэффициентi ξ эксперименттiк жолмен анықталады. Ол үшiн жергiлiктi кедергi учаскесiнiң депрессиясын, жергiлiктi кедергiге дейiнгi жəне онан кейiнгi ауа қозғалысы жылдамдығын жəне ауаның тығыздығын анықтайды. Сонан соң (7. 19) формуласы бойынша ξ мəнiн есептейдi. Табылған ξ мəнi осыған есептелген жылдамдықпен үйлесуi керек. ξ мəнi жергiлiктi кедергiнiң түрi мен қазбаның бұдырлық дəрежесiне тəуелдi. Қазба жағдайында ξ мəнi Re санына тəуелсiз. Дегенмен, жалпы жағдайда ξ (Re) тəуелдiлiгi α(Re) тəуелдiлiгiне ұқсас. ξ коэффициентiне ағынның қатты шекарасындағы жеке элементтердiң салыстырмалы көлемi мен формасы əсер етедi. Сондай-ақ, ауа ағынының шұғыл ұлғаюында ξ коэффициентi қазбаның өзгерiс болғанға дейiнгi жəне онан кейiнгi көлденең қимасының қатынасы үлкен болған сайын үлкен болады.

Егер қиманың бiрiншiсiнен екiншiсiне өтуi неғұрлым бiркелкi болса, онда ξ коэффициентi азаяды. Ағынның бұрылу бұрышы үлкен болған сайын, ξ мəнi артады, ал бұрыш жиегi доғалданған сайын кемидi. ξ мəнi ауа қозғалысына қарсы орналасқан қуыспен тiк бұрыш жасағанда айтарлықтай ұлғаяды.

Тоқырау аймағындағы құйын жасалудың қарқыны мен ондағы энергия диссипациясының қарқыны қазба бетiнiң бұдырлық дəрежесiне тəуелдi. Бұдырлық коэффициентi үлкен болған сайын, ξ коэффициентi де үлкен болады. Кенеттен ұлғаю мен тарылуы үшiн,

ξ = ξr (1 + а1 α)

мұнда, ξr - қазбаның жылтыр (тегіс) бетi үшiн жергiлiктi кедергi коэффициентi; а1 - эмпирикалық коэффициент.

Бұрылыстар үшiн,

ξ= (ξr + а2α) (b/с + dH)

мұнда, а2, с, d - эмпирикалық коэффициенттер; b - қазбаның енi, м; Н - қазбаның биiктiгi, м.

Жылтыр (тегіс) қазбаның шұғыл кеңеюi кезінде көлденең қимасы аудандарының қатынасы 1-ден 0 дейiн өзгергенде ξ - коэффициентi 0-ден 1-ге дейiн өзгередi.

Жылтыр қазбадағы шұғыл тарылу кезінде, көлденең қималардың қатынасы 1-ден 0, 1-ге өзгергенде ξ коэффициентi 0-ден 0, 45-ке дейiн өзгеріп отырады.

Жылтыр (тегіс) қазба бұрылысының жергiлiктi кедергі коэффициентi келесі формуламен де анықталуы мүмкiн,

ξ = 0, 57δ2

мұнда, δ - бұрылыс бұрышы градус.

Бiр мезгiлде тарылатын оқпаннан желдеткiш арнасына ағудың бұрылу жағдайы үшiн ξ = 0, 67 ч 1, 6. Кроссинг үшiн, оның түрi мен өлшеміне қарай ξ = 0, 15 ч2, 6.

Жергiлiктi кедергiнi азайту шаралары.

Қазбадағы жергiлiктi кедергiде энергияның қосымша жоғалтудың басты көзi құйынды аймақ болатындықтан, жергiлiктi кедергiнi азайтудың негiзгi шарасы құйынды аймақ ең аз болатын форма беруге тырысады. Бұл қазбаның бiр қимасынан келесiсiне бiркелкi өтумен, бiркелкi бұрылумен, қазба мен құбыр өткiзгiшке кiретiн ауа орнын доғалдандырумен, бұрылыстарға бағыттаушы қалақ қою жəне жергiлiктi кедергi учаскесiнiң ұзындығын кемiту жолымен қол жеткiзедi. Қазбаны кеңейту кезiнде энергияның ең аз жоғалуы ағыншаның ашылу бұрышы 5-8° болғанда, ал тарылу бұрышы ≤ 5°- болғанда сəйкес келедi.

... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.