РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНАЯ КАМЕРА
DISPENSING CHAMBER

Изобретение относится к гидродинамике и может быть использовано в раздающих коллекторных системах устройств.
Известна распределительная камера, содержащая корпус, внутри которого с зазором установлена обечайка, цилиндрическую кольцевую вставку, верхний торец которой примыкает в нижнему торцу обечайки, а нижний торец установлен с зазором по отношению к днищу, коаксиальные боковой опускной и центральный отводящий каналы, сообщенные между собой напорной камерой, вытеснитель, выполненный в виде цилиндра с крышкой, верхняя часть которого выведена в полость кольцевой вставки, установлена с зазором по отношению к ней и расположена ниже верхней части кольцевой вставки [патент РФ на изобретение №2025799 «Ядерный реактор»; приоритет от 02.10.1990; зарегистрирован 30.12.1994].
Недостатком известного устройства является то, что для него не предусмотрена возможность получения заданного профиля расхода (скорости) на выходе из распределительной камеры за счет обеспечения соответствующего соотношения ее размеров.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является распределительная камера, ограниченная снаружи корпусом и днищем и соединяющая между собой два боковых подводящих канала и центральный отводящий канал через зазоры между днищем и торцевыми частями внутренних стенок. Корпус образован двумя наружными стенками и днищем. В поперечном сечении центрального отводящего канала параллельно внутренним стенкам с зазором по отношению друг к другу установлена система пластин с каналами для прохода рабочей среды. Боковые подводящие каналы отделены от центрального отводящего канала внутренними стенками, ориентированными вдоль наружных стенок, а наружные и внутренние стенки, днище и система пластин выполнены в виде установленных вертикально плоских пластин [Фомичев М.С. Экспериментальная гидродинамика ЯЭУ. М.: Энергоатомиздат, 1989. Стр. 134-141].
Недостатком известного устройства является то, что конструкция его проточной части позволяет изменять в относительно узком диапазоне профиль скорости (расхода) рабочей среды на выходе из системы пластин из-за того, что течение рабочей среды в зазоре между системой пластин и днищем направлено от периферийных частей к центру с раздачей расхода рабочей среды по каналам системы пластин.
Задача изобретения состоит в исключении указанного недостатка, а именно расширении диапазона изменения профиля скорости (расхода) рабочей среды на выходе из распределительной камеры за счет подбора соотношения ее размеров.
Для исключения указанного недостатка в распределительной камере, ограниченной снаружи корпусом и днищем и соединяющей между собой два боковых подводящих канала и центральный отводящий канал через зазоры между днищем и торцевыми частями внутренних стенок, в которой корпус образован двумя наружными стенками и днищем, в поперечном сечении центрального отводящего канала параллельно внутренним стенкам с зазором по отношению друг к другу установлена система пластин, образующих каналы для прохода рабочей среды, боковые подводящие каналы отделены от центрального отводящего канала внутренними стенками, ориентированными вдоль наружных стенок, а наружные и внутренние стенки, днище и система пластин выполнены в виде установленных вертикально плоских пластин, предлагается:
- коэффициент пористости системы пластин обеспечить в диапазоне от 0,3 до 0,8;
- соотношения размеров распределительной камеры выполнить в соответствии с условиями, учитывающими взаимосвязи, во-первых, высоты распределительной камеры и высоты входа в нее; во-вторых, высоты входа в распределительную камеру, полуширины корпуса и полуширины наружной части центрального отводящего канала; в-третьих, высоты входа в распределительную камеру, полуширины корпуса и полуширины наружной части центрального отводящего канала; в-четвертых, высоты распределительной камеры, высоты входа в нее, полуширины корпуса, полуширины наружной и внутренней частей центрального отводящего канала; в-пятых, высоты распределительной камеры, высоты входа в нее, полуширины корпуса и полуширины наружной части центрального отводящего канала;
- размеры проточной части распределительной камеры связать с ее гидродинамическими характеристиками соотношением, учитывающим средние скорости рабочей среды в канале системы пластин и в системе пластин в целом, высоту распределительной камеры, высоту входа в нее, полуширину наружной части центрального отводящего канала, полуширину корпуса, число каналов в системе пластин, ширину канала системы пластин, текущую полуширину системы пластин и полуширину перфорированной части системы пластин.
Вид сверху на один из вариантов исполнения распределительной камеры представлен на чертеже, на котором приняты следующие обозначения: 1 - боковой подводящий канал; 2 - внутренняя стенка; 3 - днище; 4 - канал системы пластин; 5 - наружная стенка; 6 - система пластин; 7 - центральный отводящий канал.
Распределительная камера ограничена снаружи корпусом и днищем 3 и соединяет между собой два боковых подводящих канала 1 и центральный отводящий канал 7 через зазоры между днищем 3 и торцевыми частями внутренних стенок 2.
Корпус образован двумя наружными стенками 5 и днищем 3.
В поперечном сечении центрального отводящего канала 7 параллельно внутренним стенкам 2 с зазором по отношению друг к другу установлена система пластин 6, образующих каналы 4 для прохода рабочей среды.
Боковые подводящие каналы 1 отделены от центрального отводящего канала 7 внутренними стенками 2, ориентированными вдоль наружных стенок 5.
Наружные 5 и внутренние 2 стенки, днище 3 и система пластин 6 выполнены в виде установленных вертикально плоских пластин.
Коэффициент пористости системы пластин 6 соответствует диапазону от 0,3 до 0,8.
Соотношения размеров распределительной камеры соответствуют условиям:
<mrow><mi>H</mi><mo>−</mo><mi>h</mi><mo>≥</mo><mn>0</mn><mtext> </mtext><mo>,</mo><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
<mrow><msub><mi>l</mi><mn>4</mn></msub><mo>−</mo><msub><mi>l</mi><mn>3</mn></msub><mo>≺</mo><mi>h</mi><mo>≺</mo><mn>4</mn><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>l</mi><mn>4</mn></msub><mo>−</mo><msub><mi>l</mi><mn>3</mn></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mtext> </mtext><mo>,</mo><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>2</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
<mrow><mi>h</mi><mo>−</mo><mn>4,7</mn><mtext> </mtext><msub><mi>l</mi><mn>3</mn></msub><mo>+</mo><mn>1,9</mn><mtext> </mtext><msub><mi>l</mi><mn>4</mn></msub><mo>≥</mo><mn>0</mn><mtext> </mtext><mo>,</mo><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>3</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
<mrow><msub><mi>l</mi><mn>2</mn></msub><mo>−</mo><mn>0,21</mn><mtext> </mtext><mi>H</mi><mo>+</mo><mn>1,05</mn><mtext> </mtext><msub><mi>l</mi><mn>4</mn></msub><mo>−</mo><mn>0,65</mn><mtext> </mtext><msub><mi>l</mi><mn>3</mn></msub><mo>+</mo><mn>0,14</mn><mtext> </mtext><mi>h</mi><mo>≥</mo><mn>0</mn><mtext> </mtext><mo>,</mo><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>4</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
<mrow><mi>H</mi><mo>−</mo><mn>0,18</mn><mtext> </mtext><mi>h</mi><mo>+</mo><mn>0,86</mn><mtext> </mtext><msub><mi>l</mi><mn>3</mn></msub><mo>−</mo><mn>0,65</mn><mtext> </mtext><msub><mi>l</mi><mn>4</mn></msub><mo>≥</mo><mn>0</mn><mtext> </mtext><mo>,</mo><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>5</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
4
3
2
где H - высота распределительной камеры, м; h - высота входа в распределительную камеру, м; l - полуширина корпуса, м; l - полуширина наружной части центрального отводящего канала 7, м; l - полуширина внутренней части центрального отводящего канала 7, м.
Размеры проточной части распределительной камеры выбирают с учетом гидродинамических характеристик ее проточной части по следующему соотношению:
<mrow><mi>u</mi><mo>−</mo><mover accent="true"><mi>u</mi><mo>¯</mo></mover><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>2,1</mn><mo>−</mo><mn>0,63</mn><mtext> </mtext><mover accent="true"><mi>L</mi><mo>˜</mo></mover></mrow><mo>)</mo></mrow><mtext> </mtext><msup><mrow><mo stretchy="false">[</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>4,8</mn><mo>−</mo><mn>2,8</mn><mtext> </mtext><mover accent="true"><mi>L</mi><mo>˜</mo></mover></mrow><mo>)</mo></mrow><mtext> </mtext><msup><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>l</mi><mtext> </mtext><msubsup><mi>l</mi><mn>1</mn><mrow><mo>−</mo><mn>1</mn></mrow></msubsup></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mn>3</mn></msup><mo stretchy="false">]</mo></mrow><mrow><mo>−</mo><mn>1</mn></mrow></msup><mo>=</mo><mn>0</mn><mtext> </mtext><mo>,</mo><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>6</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
<mover accent="true"><mi>u</mi><mo>¯</mo></mover>
<mrow><mover accent="true"><mi>L</mi><mo>˜</mo></mover><mo>=</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>0,21</mn><mtext> </mtext><mi>H</mi><mo>+</mo><mn>0,1</mn><mtext> </mtext><mi>h</mi><mo>−</mo><mn>0,42</mn><mtext> </mtext><msub><mi>l</mi><mn>3</mn></msub><mo>+</mo><mn>0,56</mn><mtext> </mtext><msub><mi>l</mi><mn>4</mn></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mtext> </mtext><msup><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>2</mn><msub><mi>n</mi><mn>0</mn></msub><msub><mi>l</mi><mn>0</mn></msub></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mrow><mo>−</mo><mn>1</mn></mrow></msup></mrow>
3
4
o
o
1
где u - средняя скорость рабочей среды в канале системы пластин 6, м/с;
- средняя скорость рабочей среды в системе пластин 6 в целом, м/с;
- относительная ширина струи рабочей среды в месте встречи с системой пластин 6; H - высота распределительной камеры, м; h - высота входа в распределительную камеру, м; l - полуширина наружной части центрального отводящего канала 7, м; l - полуширина корпуса, м; n - число каналов в системе пластин 6, м; l - ширина канала системы пластин 6, м; l - текущая полуширина системы пластин 6, м; l - полуширина перфорированной части системы пластин 6, м.
Использованные в соотношениях (1÷6) обозначения конструктивных элементов распределительной камеры представлены на чертеже.
Соотношения по определению гидродинамических неравномерностей на выходе из осесимметричной распределительной камеры разработаны с учетом закона сохранения массы в предположении о постоянстве теплофизических свойств рабочей среды и струйном характере ее течения.
При выводе расчетных соотношений приняты следующие предположения.
Движущаяся вдоль днища 3 плоская полузатопленная струя после поворота в центре распределительной камеры преобразуется в круглую затопленную струю.
При движении плоской полузатопленной струи вдоль днища 3 после участка стабилизации, плоской полузатопленной струи вдоль корпуса и плоской затопленной струи в основном объеме распределительной камеры происходит увеличение площади их поперечного сечения, сопровождающееся уменьшением скорости рабочей среды в ней.
Угол одностороннего расширения затопленных и полузатопленных струй составляет 12°.
При попадании струи на систему пластин 6 одна часть потока входит в каналы 4 системы пластин 6, расположенные в месте встречи струи, другая растекается вдоль системы пластин 6 с изменением расхода по пути.
Соотношение (2) соответствует взаимосвязи ширины бокового подводящего канала 1 и высоты входа в распределительную камеру, соотношение (3) - условию осуществления обратного поворота струи рабочей среды в распределительной камере, соотношение (4) - условию попадания внутренней боковой поверхности плоской затопленной струи на систему пластин 6, а соотношение (5) - условию преобразования плоских полузатопленных струй в плоскую затопленную струю в основном объеме распределительной камеры в результате поворота потока.
Течение рабочей среды в проточной части распределительной камеры осуществляется следующим образом.
Потоки рабочей среды через два боковых подводящих канала 1 выходят в распределительную камеру, изменяют в ней направление движения, движутся навстречу друг другу вдоль днища 3 в виде плоских полузатопленных струй, которые в результате слияния друг с другом и поворота в центральной части днища 3 преобразуются в плоскую затопленную струю. Указанная струя попадает на систему пластин 6. Одна ее часть входит в каналы 4 системы пластин 6 в месте встречи с ней, а две другие ее части движутся вдоль системы пластин 6 с раздачей потока по ее периферийным каналам 4. Из каналов 4 системы пластин 6 рабочая среда выходит в центральный отводящий канал 7.
Пример конкретного выполнения распределительной камеры
4
3
4
3
3
2
2
4
Распределительная камера имеет следующие соотношения размеров: H-h=0; H/(l-l)=h(l-l)=4; (l-l)/l=0,02. Коэффициент пористости системы пластин 6 (ε) равен 0,52. Число Рейнольдса в боковом подводящем канале 1 (Re) равно 3,2·10. В системе пластин 6 имеется 14 пластин и 15 каналов 4. Рабочая среда - вода.
<mrow><mi>u</mi><mo>/</mo><mover accent="true"><mi>u</mi><mo>¯</mo></mover></mrow>
В результате сопоставления результатов расчета по соотношению (6) с опытными данными, полученными для распределительной камеры, отвечающей условиям (1)÷(5), установлено, что отличие относительных скоростей
не превышает ±15%.
Технический результат состоит в расширении функциональных возможностей устройства при формировании гидродинамической неравномерности на выходе из распределительной камеры.