СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ОТРЫВОМ ВОЗДУШНОГО ПОТОКА НА ВХОДЕ ВО ВСАСЫВАЮЩИЕ КАНАЛЫ
CONTROL METHOD OF AIR FLOW SEPARATION AT SUCTION PASSAGE INLETS

Изобретение относится к области аэродинамики, гидравлики и вентиляции. Может использоваться для управления отрывом потока на входе во всасывающие каналы, увеличения сопротивления входу во всасывающие отверстия, снижения расхода воздуха, поступающего в них, что может быть полезно для снижения объемов воздуха, поступающего через неплотности в аспирационные укрытия либо в открытые проемы для проезда транспорта.
Известен способ управления отрывом потока на обтекаемой поверхности (Зверков И.Д., Занин Б.Ю., Козлов В.В., Павленко A.M. Способ управления. Патент Ru 2328411 С2, 20.01.2008), который включает механическое воздействие на вихревое течение, возникающее в зоне отрыва, с помощью перегородок и выдува воздуха из щелевидных отверстий. Данное изобретение направлено на улучшение движения потока жидкости и газа в расширяющихся каналах и не может быть использовано для увеличения гидравлического сопротивления всасывающих каналов. Недостатком этого изобретения является использование щелевидных приточных отверстий, повышающих энергозатраты на эксплуатацию таких систем.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату, принятым за прототип, является устройство для снижения подсосов воздуха через открытые проемы укрытия (Логачев К.И., Логачев И.Н., Овсянников Ю.Г., Овсянников Р.Ю., Семиненко А.С. Устройство для снижения подсосов воздуха через открытые проемы укрытия. Ru 97811 U1, 20.09.2010), которое позволяет за счет эффекта отрыва потока с козырька (фланца), устанавливаемого над открытым проемом щелевидного всасывающего канала, снизить расход поступающего в него воздуха. Длина козырька при этом должна составлять 0,3-0,7 ширины всасывающего канала. Недостатком данного устройства является его низкая эффективность. Управление отрывом потока здесь может быть осуществлено только за счет изменения длины одного козырька. Кроме этого не рассматривались круглые всасывающие каналы.
Целью изобретения является разработка способа управления отрывом воздушного потока на входе в круглый или прямоугольный всасывающий канал для повышения гидравлического сопротивления входу во всасывающий канал и для наибольшего снижения расхода воздуха, поступающего в него, при сохранении площади входного отверстия канала.
Указанный результат достигается использованием механического прямоугольного или круглого щита, установленного на входе в канал перпендикулярно его оси и механическим экраном с центральным отверстием, расположенным перед всасывающим каналом на одной оси и перпендикулярно оси канала.
Предложенный способ поясняется схемой, изображенной на фиг.1, и графиками, изображенными на фиг.1.
Для управления отрывом потока на входе в круглый всасывающий канал используется щит на трубе и механический экран с круглым отверстием, связанных с помощью шпилек (фиг.1). На этой схеме: 1 - это механический экран с центральным отверстием; 2 - щит на трубе; 3 - направляющая трехгранная призма; 4 - труба; 5 - стальные стержни-шпильки; 6 - гайки для фиксации экрана. Для обеспечения перпендикулярности этой системы к оси трубы и ее осевой симметрии щит, моделирующий вертикальную непроницаемую стенку 2, жестко прикреплен к скользящей по трубе трехгранной правильной призме, а шпильки для крепления экрана - к ребрам этой призмы.
-
-
=
0
Управление отрывом потока осуществляется путем изменения геометрических размеров: r- расстояния между входом во всасывающий канал и механическим экраном с центральным отверстием; dрасстояние между щитом и входом во всасывающий канал; D - внешний диаметр механического экрана с центральным отверстием; D - внутренний диаметр механического экрана с центральным отверстием; 2Вдиаметр всасывающего канала; l - ширина механического экрана. Аналогично осуществляется управление отрывом потока и для прямоугольных всасывающих каналов. Здесь в качестве механического экрана с центральным отверстием 1 используется механический экран с прямоугольным центральным отверстием. Специально проведенные экспериментальные и численные исследования, результаты которых показаны на фиг.2, позволили установить размеры механического экрана с центральным отверстием, способствующих наибольшему гидравлическому сопротивлению входа во всасывающий канал и наибольшему снижению объема всасываемого воздуха. Здесь изображены графики изменения величины коэффициента местного сопротивления ζ входу во всасывающий канал от расстояния rпри наиболее оптимальном расстоянии d0,5 калибра (калибр - это радиус Вкруглого всасывающего канала или полуширина Впрямоугольного всасывающего канала), при котором, как показали экспериментальные исследования, максимально используется эффект отрыва струи для повышения величины ζ. Сплошная линия - расчеты величины ζ для прямоугольного всасывающего канала с использованием метода дискретных вихрей, штрихпунктирная - расчеты величины ζ для круглого всасывающего канала с использованием метода дискретных вихревых колец, пунктирная - расчеты, произведенные с использованием теории функций комплексного переменного и метода Н.Е. Жуковского для щелевидных всасывающих каналов, кружочки - экспериментальные значения величины ζ для круглой трубы и механическим экраном с центральным отверстием. Как видно из проведенных исследований, при изменении расстояния механического экрана до входа во всасывающий канал (фиг.2) наблюдается максимум коэффициента местного сопротивления входу во всасывающий канал и соответственно минимум расхода воздуха, поступающего в канал.
Для круглого всасывающего отверстия предлагается устанавливать на расстоянии 0,4 его калибра механический экран с круглым центральным отверстием с радиусом, равным радиусу круглого всасывающего канала, и шириной механического экрана, равной одному калибру. Для прямоугольных всасывающих каналов предлагается размещение механического экрана с прямоугольным центральным отверстием, с шириной и высотой равными ширине и высоте прямоугольного всасывающего канала, на расстоянии 0,7-0,8 калибра от его входа и шириной механического экрана, равного одному калибру.
Для всасывающего канала, встроенного в плоскую стенку предлагается продлить канал за стенку на 0,5 калибра, а затем устанавливать механический экран с центральным отверстием, как описано в предыдущем абзаце.
Таким образом, для данного способа управления отрывом воздушного потока технический результат состоит в повышении гидравлического сопротивления входу во всасывающий канал и снижению расхода воздуха, поступающего в него.