Выбор характеристик рабочей среды в зависимости от длины канала при моделировании процесса абразивно-экструзионной обработки канала круглого сечения

Решетневские чтения

N. A. Teryokhin, T. V. Kamlyonok Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev, Russia, Krasnoyarsk

COALGASIFIKATOR FOR WATER GAS EXTRACTION. THE MANAGERIAL SYSTEM OF THE TECHNOLOGICAL PROCESS

Ideally, the water gas consists of 47 % H2, and 53 % CO. It is a high energy fuel. The main purpose of the extraction is furthe incineration in energy installations.

© TepexuH H. A., KMJTCHOK T. B., 2010

УДК 621.924.079

Д. М. Турилов, В. А. Левко

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Россия, Красноярск

ВЫБОР ХАРАКТЕРИСТИК РАБОЧЕЙ СРЕДЫ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ДЛИНЫ КАНАЛА ПРИ МОДЕЛИРОВАНИИ ПРОЦЕССА АБРАЗИВНО-ЭКСТРУЗИОННОЙ ОБРАБОТКИ КАНАЛА КРУГЛОГО СЕЧЕНИЯ

Процесс абразивно-экструзионной обработки (АЭО) заключается в перемещении под давлением внутри обрабатываемого канала рабочей среды (РС) из вязкоупругой полимерной основы, наполненной абразивными частицами. Поскольку РС носит неньютоновский характер течения, режимы обработки при АЭО зависят от динамических характеристик потока (вязкости). Выбор вязкости следует производить, учитывая, что при больших значениях отношения длины обрабатываемого канала к площади его поперечного сечения возможно заклинивание РС в канале. Моделирование процесса АЭО позволяет определить оптимальные характеристики процесса.

Вязкоупругие свойства среды при АЭО взаимосвязаны и зависят как от состава среды, так и от режимов течения. Эффективная вязкость среды п для канала круглого сечения находится по преобразованной формуле Пуайзеля для участка длиной Ь и радиусом Я и связывает максимальную скорость потока ютах с перепадом давлений АР:

АР Я2

л =--ТТ-

Ютах 8 • Ь

Эффективной вязкостью называют также коэффициент пропорциональности между касательным напряжением т и градиентом скорости у при простом сдвиге:

П = т/у'.

Так как эффективная вязкость зависит от скорости и напряжения сдвига, важными являются ее предельные значения, соответствующие условиями у' ^ 0 и у' ^ да. Величину п при у' и т, стремящихся к нулю, называют начальной вязкостью п0. Зависимость у' от т представлена на рисунке.

Наиболее простой является модель ньютоновской жидкости, для которой характерна линейная зависимость скорости сдвига у' от напряжения сдвига т (кривая течения 1 на рисунке).

Кривые 2, 3 и 4 характерны для течения аномально вязких жидкостей, имеющих в состоянии покоя достаточно жесткую пространственную структуру (слу-

чай АЭО), которая нарушается только после достижения определенного значения напряжения сдвига т0:

т = Т0+ П0У'.

Y

т

Зависимость скорости сдвига у' от напряжения сдвига т:

то - напряжение, после которого начинают течь аномально вязкие жидкости; т' - напряжение, после которого начинается зона аномальной зависимости у от т; В - коэффициент начала аномальной зоны

Регулируемыми параметрами АЭО являются величина входного давления Рвх и состав рабочей среды, определяемый процентным содержанием составляющих компонентов (абразивных зерен, модификаторов), меняющих ее реологические свойства и выраженных вязкостью. На величины давления РС на входе Рвх и выходе Рвых из канала влияет также длина обрабатываемого канала Ь. Длину обрабатываемого ка-

Перспективные материалы и технологии в аэрокосмической отрасли

нала необходимо учитывать при выборе вязкости среды. При больших значениях данного показателя возможно заклинивание среды обычной вязкости в канале. Исходя из регулируемых входных параметров, для обеспечения течения рабочей среды необходимо выполнение условия t < Рвх. Определим, как длина канала влияет на напряжение сдвига. Для этого, через зависимость объемного расхода Q среды в круглой трубе, с учетом неразрывности течения wS = const, установим величину скорости сдвига у':

4Q _ 4wS _ 4wS _ 4ю R '

у_

лЯ3 лЯ3

SR

После преобразования выражений (1) и (4) получим формулу, выражающую зависимость длины канала от регулируемых входных параметров:

DPR

Т = Т0 + h . (5) 2щ

Формулой (5) можно пользоваться, когда необходимо проверить выполнение условия обеспечения течения в канале t < Рвх, при определении максимально возможной длины канала, который можно обработать методом АЭО.

Найти величину DP, равную разнице Рвх и Рвых, опытным путем не представляет труда, но возможны ситуации, когда перепад давлений в канале замерить невозможно. В таких случаях целесообразно воспользоваться расчетной моделью течения рабочей среды в канале.

SolidWorks Flow Simulation (COSMOSFloWorks) является модулем гидродинамического анализа и предназначается для моделирования трехмерных течений жидкости. Расчетная модель потока рабочей среды АЭО в COSMOSFloWorks основана на изменении динамической вязкости неньютоновской жидкости и опирается на степенной реологический закон состояния. В частности, при решении задачи по обеспечению течения в канале радиусом R = 0,012 5 м, при Рвх = 6 МПа с эффективной вязкостью п = 36 900 Па-с, при т = 283 331 Па и t0 = 252 818 Па максимальная длина канала при сохранении wmax = 0,0204 м/с должна быть не более 0,72 м, при увеличении длины канала выше этого показателя возможно заклинивание РС. Чтобы обеспечить АЭО в канале длиннее 0,72 м, необходимо уменьшить вязкость среды или снизить скорость потока.

D. M. Turilov, V. A. Levko Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev, Russia, Krasnoyarsk

CHOICE OF THE WORKING ENVIRONMENT CHARACTERISTICS DEPENDING ON CHANNEL LENGTH AT THE PROCESS OF MODELLING OF ABRASIVE-EXTRUCTION CHANNEL CIRCULAR SECTION PROCESSING

Abrasive-flow process (AFP) is a cutting process that occurs when polymer base with abrasive seeds are flowing inside the working chanal under pressure. AFP have hydrodynamic base with viscosity in the primary control parameter. It is very important to check length dependance on area section when viscosity definition is made because it is possible to make jamming flow. Media flowing models are intended to optimal process characteristics research.

© TypmoB fl. M., ^eBKO B. A., 2010

УДК 621.88.088

В. Д. Утенков, К. И. Лалетин, М. В. Утенков

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Россия, Красноярск

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ РЕЗЬБОЗАВЕРТЫВАЮЩЕГО ОБОРУДОВАНИЯ С СИСТЕМАМИ КОНТРОЛЯ УСИЛИЯ ЗАТЯЖКИ ПО ВЕЛИЧИНЕ МОМЕНТА НА КЛЮЧЕ

Приведены результаты испытаний резьбозавертывающего оборудования с предельными муфтами крутящего момента и с системой активного контроля усилия затяжки по величине момента затяжки. Определены его технологические возможности.

Анализ литературных данных показывает, что наиболее действенным методом повышения равномерности затяжки групповых резьбовых соединений является технологический, который предусматривает применение автоматизированного резьбозаверты-вающего оборудования, оснащенного системами активного контроля усилия затяжки. Такое оборудование позволяет производить затяжку соединений одновременно или в строго определенной последователь-

ности, чем и достигается равномерность всех одиночных соединений, составляющих групповое [1; 2].

Для осуществления отмеченного предлагается модульная схема резьбозавертывающего инструмента с системой активного контроля усилия затяжки, которая позволяет осуществлять затяжку одиночных соединений и компоновать установки для затяжки групповых; обеспечивает полную автоматизацию процесса контроля затяжки и неразрывность во времени