Пошук академічних текстів

Реєстраційний номер

0825U002195, Дисертація доктора філософії

На здобуття

Доктор філософії, 133, Галузеве машинобудування

Дата захисту

10-06-2025

Статус

Запланована

Назва роботи

Вплив параметрів сопла активного потоку на ефективність рідинно-парового струминного апарату

Здобувач

Гусєв Данило Максимович,

Керівник Шарапов Сергій Олегович
Опонент Бадах Валерій Миколайович
Опонент Роговий Андрій Сергійович
Рецензент Козій Іван Сергійович
Рецензент Cкиданенко Максим Сергійович

Опис

Дисертаційна робота направлена на дослідження робочого процесу сопла активного потоку рідинно-парового струминного апарату (РПСА), що працює за принципом струминної термокомпресії та дослідженню впливу геометричних параметрів дифузорної частини сопла активного потоку на процес пароутворення з метою оптимізації цього процесу. У існуючих технологічних системах, де використовуються пароструминні апарати, підвищення тиску пасивного потоку відбувається за рахунок енергії робочого струменя активного потоку. Вони мають ряд значних недоліків, які звужують межі їх застосувань та перешкоджають вдосконаленню конструкції. Це пов’язано з особливостями робочого процесу, і стосується, насамперед, обмеженого ступеня підвищення тиску в пароструминних апаратах, необхідності постійної генерації робочої пари у великій кількості, що веде до збільшення кількості допоміжних апаратів, що входять до установки. Наведені вище недоліки існуючих пароструминних агрегатів призводять до активного пошуку альтернативного рішення, і одним з таких може бути застосування двофазних струминних апаратів. Одним з перспективних рішень, в результаті якого можна досягти підвищення ефективності існуючих установок та створити енергоефективні нові системи можуть бути рідинно-парові струминні апарати, з водою в якості робочої рідини, як альтернативи, оскільки це дешеве робоче середовище з високими показниками ефективності. Як відомо, вода має низку унікальних властивостей при певних параметрах, що є перспективним для її застосування в РПСА. Ефективність РПСА, робочий процес якого заснований на принципі струминної термокомпресії насамперед, залежить від ступеня завершеності процесів пароутворення в соплі активного потоку. В такому апараті генерація робочої пари проходить всередині нього, а саме в надзвуковій його частині сопла активного потоку, де відбувається процес релаксаційного пароутворення недогрітої до насичення робочої рідини. І саме від конструкції сопла активного потоку буде залежати ефективність як самого апарату, так і системи в цілому. Тому метою даної дисертаційної роботи є дослідження процесу пароутворення в соплах активного потоку з профільованою надзвуковою частиною з одержанням витратних та енергетичних характеристик, що визначає подальші шляхи підвищення ефективності систем на основі таких апаратів. Основним змістом дисертації є удосконалення теплофізичної моделі та методики розрахунку рідинно-парового струминного апарату з соплом активного потоку профільованої надзвукової частини, визначення діапазону параметрів робочої рідини активного потоку, за яких можливе досягнення максимальної ефективності її витікання через канали, що розширюються, з пошуком шляхів підвищення ефективності систем на основі таких апаратів і одержанням витратних та енергетичних характеристик. Адекватність отриманої моделі підтверджено результатами експериментальних досліджень РПСА з соплами активного потоку еліптичної, параболічної та гіперболічної форм надзвукової частини в діапазонах початкового тиску Р01 = 6–20 бар та тиску на виході з сопла Ра = 0,3–1 бар. Теоретичне дослідження процесів пароутворення в соплах активного потоку з профільованою надзвуковою частиною проводилось за допомогою створеної автором методики та програми розрахунку на основі пропонованої теплофізичної моделі, створеної автором були одержані залежності зміни тиску та швидкості закипаючого потоку вздовж надзвукової частини сопла. В результаті математичного моделювання рідинно-парового струминного апарату з профільованою надзвуковою частиною параболічної, гіперболічної, еліптичної форм та форми, розрахованої за формулою Вітошинського в програмному комплексі Ansys CFX було одержано розподіл термодинамічних та режимних параметрів по довжині сопла активного потоку. В результаті цього аналізу було визначено коефіцієнти швидкості сопл з профільованою надзвуковою частиною, які знаходяться на рівні 0,915-0,987. Оптимальною геометричною формою надзвукової частини сопла можна вважати параболічну, для якої коефіцієнт швидкості знаходиться на рівні 0,93-0,987. Експериментальне дослідження РПСА дало змогу підтвердити механізм пароутворення в соплах активного потоку з профільованою дифузорною частиною. Ділянка камери змішування за соплом активного потоку була виконана з прозорого матеріалу, що дозволило чітко визначити положення перерізу сопла, в якому відбувається відрив потоку від стінок каналу. Також завдяки цьому відбувалося дослідження режимних та енергетичних параметрів струменя робочого потоку на виході з сопл різної геометричної форми, а саме еліптичної, параболічної та гіперболічної. В результаті проведеного експериментального дослідження було визначено коефіцієнти швидкості сопл на різних режимах роботи.

Додано в НРАТ

2025-06-06