Аэродинамика циклонной камеры (стр. 1 из 3)
Исходные данные
Геометрические и режимные характеристики циклонной камеры
| Наименование параметра | Обозначение | Величина | Размер. |
| 1. Диаметр камеры2. Безразмерная длина камеры3. Безразмерная площадь входа4. Безразмерная высота входного канала5. Безразмерный диаметр выходного отверстия6. Безразмерная шероховатость боковой поверхности камеры7. Температура воздуха на входе8. Барометрическое давление9. Избыточное статическое давление во входных каналах10. Избыточное статическое давление на боковой поверхности камеры11. Скорость воздуха на входе в камеру | DkLKflxhlxdвыхбТвхВРс.вх.Рс.ст.Uвх | 0,311,550,04770,06450,3029,3749,5348,9335,125,6 | м-----ºСмм. рт. ст.мм. вод.ст.мм. вод.ст.м/с |
Результаты аэродинамических измерений в рабочем объеме
| N | Y | A1 | A2 | УГОЛ 26 |
| 1 | 0 | 17,2 | 348,0 | -4 |
| 2 | 5 | 45,8 | 370,3 | -5 |
| 3 | 5 | 67 | 384,3 | -14 |
| 4 | 5 | 65,6 | 384,5 | 14,5 |
| 5 | 5 | 60 | 377,0 | -13,5 |
| 6 | 5 | 54 | 367,2 | -12 |
| 7 | 5 | 49 | 358,0 | -7 |
| 8 | 5 | 49 | 351,3 | -4,5 |
| 9 | 5 | 51,6 | 350,2 | -3 |
| 10 | 5 | 55 | 348,0 | 0 |
| 11 | 7,5 | 61,2 | 348,0 | 0 |
| 12 | 7,5 | 71 | 346,0 | 2 |
| 13 | 7,5 | 82,6 | 341,0 | 3,5 |
| 14 | 7,5 | 97,2 | 341,0 | 3,5 |
| 15 | 7,5 | 117,3 | 338,0 | 3,5 |
| 16 | 7,5 | 143 | 333,0 | 2 |
| 17 | 7,5 | 168,8 | 320,5 | 1 |
| 18 | 7,5 | 195,5 | 298,6 | 1 |
| 19 | 5 | 208 | 274,0 | 4,5 |
| 20 | 5 | 204,5 | 233,0 | 4,5 |
| 21 | 5 | 191 | 180,0 | 6,5 |
| 22 | 7,5 | 142 | 75,0 | 3 |
| 23 | 7,5 | 79 | -34,0 | -1 |
| 24 | 7,5 | 30,5 | -110,5 | -15,5 |
| 25 | 7,5 | 7,5 | -147,0 | -41,5 |
| 26 | 2 | 5,5 | -152,5 | -62 |
1. Общая картина движения газа в циклонной камере
Циклонная камера представляет собой цилиндр, тангенциально к внутренней поверхности которого вводится газ или жидкость.
Вывод газов из рабочего объема циклонной камеры, как правило, осуществляется через соосное с ним выходное отверстие в одном из торцов. Поле скоростей потока в циклонных камерах отличается сложностью и пространственностью. В любой точке поля вектор скорости можно разделить на три составляющие (компоненты): тангенциальную wj (вращательную), осевую wx(продольную) и радиальную wz. В общем случае соотношение между этими компонентами может быть различными по величине в зависимости от местоположения рассматриваемой точки поля скоростей и геометрии циклонной камеры. По характеру изменения компонент скорости потока весь рабочий объем циклонной камеры можно разделить на три основные области: осесимметричное ядро потока, приторцевые зоны течения и периферийную пристенную зону (рисунок 1).
Ядро потока занимает основную часть рабочего объема камеры. Внешней границей ядра потока является цилиндрическая поверхность, радиус которой rz может быть найден из условия максимума момента количества движения. С торцевых поверхностей ядро потока ограничено зоной интенсивных радиальных течений, где наблюдается падение вращательной составляющей скорости и значительное повышение радиальной компоненты. В пределах ядра потока тангенциальная составляющая имеет наибольшую из всех трех компонент величину. В соответствии с характером ее распределения по радиусу можно выделить две зоны: зону возрастания скорости при уменьшении радиуса (квазипотенциальную зону) и зону ее падения по мере приближения к центру камеры (зону квазитвердого вращения). Зоны разделены сравнительно небольшим по радиальной протяженности переходным участком. Размеры зон возрастания и падения тангенциальной составляющей, так же как протяженность переходного участка и общий уровень вращательной скорости, определяются геометрией циклонной камеры. Вращательная составляющая скорости в ядре потока значительно превышает другие компоненты скорости, поэтому основным видом движения считают вращательное. Из курса физики известно, что при равномерном движении по окружности радиуса r равнодействующая сил dF, действующих на элемент жидкости, должна быть равна по модулю
и направлена к центру окружности. Если исключить из рассмотрения вследствие их относительной малости силы трения, обусловленные вязкостью, и условие равновесия рассматривать применительно к единице объема среды, то условие радиального равновесия потока, в рассматриваемом случае будет определятся уравнением 
. 
Рисунок 2 – Распределение вращательной составляющей скорости, статического и полного давлений в циклонной камере.
Статистическое и полное давления максимальны на внешней границе ядра потока и падают по направлению от стенки к оси камеры. В приосевой области при определенных условиях статистическое и полное давления потока могут быть ниже атмосферного (рисунок 2).
В периферийной зоне, так же как и в ядре, вращательная составляющая является наибольшей из всех компонент. Профиль wj в этой области не осесимметричен и непрерывно перестраивается по мере продвижения потока у вогнутой поверхности рабочего объема. Начальное же распределение wj- распределение на выходе из входного шлица / сопла/ – зависит от характера течения потока / профиля скорости/ внутри и вне его. Сложность течения определяется тем, что выходящая струя в рабочем объеме взаимодействует сразу и со спутным, вращающимся относительно оси камеры потоком, и с вогнутой цилиндрической стенкой камеры. Взаимодействие струи со стенкой приводит к закручиванию потока. Частицы среды вблизи стенки начинают двигаться по спиральным траекториям, причем направление вектора их скорости в пристенном слое струи определяется совокупным влиянием, например, положения рассматриваемого канала относительно других каналов и торцевых поверхностей рабочего объема, интенсивностью торцевых перетечек, которые в свою очередь зависят практически от всех геометрических характеристик камеры
Особенности течения потока в приторцевых областях циклонных камер связаны с подтормаживающим действием торцевых поверхностей. Вблизи торцевых поверхностей вращательная составляющая скорости уменьшается, и появляется интенсивное радиальное течение, направленное к центру камеры со скоростью, которая обуславливает появление сил трения, компенсирующих возникшее нарушение динамического равновесия в рассматриваемой области. Сложность картины дополняется взаимодействием возникшего течения с ядром потока. Статическое давление поперек этой области практически не изменяется на всех радиусах.
Условия стока, неравномерность распределения вращательных скоростей потока по длине рабочего объема, обусловленная геометрией камеры и трением потока о стенки, а также имеющееся в некоторых случаях разрежение в приосевой зоне определяют довольно сложное поле осевых скоростей в циклонных устройствах.
С точки зрения общих аэродинамических характеристик циклонных камер, основным видом движения газа следует считать вращательное. Главной характеристикой вращательного движения в циклонной камере является максимальная вращательная скорость потока
(Рисунок 2). Она удачно характеризует общий уровень вращательного движения газа в рабочем объеме. При струйном представлении циклонного потока является скоростью потока на внешней границе струйного пограничного слоя, обращенного к оси камеры.Второй скоростной характеристикой ядра потока в циклонной камере является вращательная скорость на его внешней границе
. Эта скорость является интегральной характеристикой аэродинамических процессов, связанных с истечением газа из шлицев, распространением его струй у боковой поверхности камеры, взаимодействием пристенной зоны течения с ядром и приторцевыми потоками.Обе скоростные характеристики связаны между собой коэффициентом крутки в ядре потока:
.Общее сопротивление циклонной камеры оценивается по суммарному коэффициенту сопротивлению x. Введение этого коэффициента оправдано удобством в выполнении аэродинамических расчетов циклонных устройств. С точки зрения же анализа влияния геометрических и режимных характеристик на сопротивление циклонной камеры он является менее удачной характеристикой, так как не позволяет проследить изменение его составляющих и не связан непосредственно со скоростными характеристиками потока. В этом смысле более удачным является суммарный коэффициент сопротивления вида
. С помощью него можно определить затраты энергии на создание определенного уровня вращательных скоростей в устройстве. Фактически он определяет аэродинамическую эффективность циклонной камеры.2. Влияние основных конструктивных и режимных характеристик на аэродинамику циклонной камеры
Особенно сильное влияние на аэродинамику циклонной камеры оказывает диаметр выходного отверстия. Уменьшение
приводит к росту величины 
, значения статистического давления на боковой поверхности камеры Рс.ст., уменьшению характерного радиуса 
и других характеристик радиусов ядра потока. При этом наблюдается существенная перестройка профилей 
и 
. В то же время влияние на поток в пристенной зоне практически мало существенно.