LibRar.Org.Ua — Бібліотека українських авторефератів


Головна Легка промисловість → Розробка струменеформуючих пристроїв для розрізання матеріалів легкої промисловості гідро- та гідроабразивним струменем

оцінювався вплив твердих частинок на структуру потоку в пристінній області, а саме його закручування.

Рівняння руху і нерозривності у разі двофазної симетрично-осьової турбулентної течії в наближенні граничного шару можна записати роздільно для несучої рідини і абразивних частинок. Початкова система рівнянь має вигляд:

для несучої рідини:

, (3)

де x, ц, r – циліндрова система координат, вісь в якій співпадає з віссю каналу; w – швидкість; p – статичний тиск; r0 – радіус каналу; с – густина несучого середовища; сs – густина абразивного матеріалу; ф – дотичні напруження; в – концентрація абразивного матеріалу в потоці; F – комплекс ; м – динамічна в'язкість; ds – діаметр абразивної частинки; індекси: х, ц, r – напрямок по відповідній осі циліндричної системи координат; s – параметри абразивного матеріалу;

; (4)

; (5)

. (6)

Для абразивної фази:

; (7)

. (8) На присутність абразивної фази вказує останній член рівняння (3), який враховує силу опору частинок при обтіканні їх потоком рідини.

Використовуючи відомі основні залежності для розрахунку двофазного граничного шару, та отримані в роботі залежності розрахунку параметрів тертя зони пристінної течії, одержали систему рівнянь, які повністю описують двофазний потік "рідина – абразивні частинки" з локальним закручуванням абразиву на вході в канал прискорюючого насадка. Для чисельної реалізації отриманої системи рівнянь був розроблений метод розрахунку, який складається з наступних основних частин:

  • Розрахунок характеристик течії в аксіальному напрямі: відносної товщини підшару , відносної швидкості на межі ламінарного підшару , та інтегральних комплексів – відносної товщини втрати імпульсу , відносної товщини витіснення , коефіцієнту тертя в осьовому напрямку .

  • Розрахунок параметрів тангенціального руху: відносної товщини підшару в тангенціальному напрямку , відносної циркуляції, інтегральних комплексів , коефіцієнту тертя .

  • Визначення профілю концентрації.

  • Рішення диференціальних рівнянь руху несучого середовища і потоку частинок. При цьому рівняння руху в проекції на вісь х прийняло вигляд:

    , (9)

    де Re++ – критерій Рейнольдса, визначений по товщині втрати імпульсу; X – відносна відстань від входу до розглядаємого перетину ; R1 – число Рейнольдса, визначене по середньовитратній швидкості; W0 – безрозмірна швидкість ; Н– безрозмірна товщина граничного шару ; дx – товщина динамічного граничного шару; індекси: 0 – зовнішня межа граничного шару; 1 – умови на вході; u – параметри на стінці.

    А рівняння руху в тангенціальному напрямі:

    (10)

    Запропонований метод розрахунку описує двофазну течію з локальним закручуванням твердої фази. Рішення рівнянь (9) і (10) здійснювали методом Рунге-Кутта. В результаті розрахунків отримані основні характеристики структури двофазного потоку, які дозволили визначити розподіл концентрації абразиву в перетинах каналу в залежності від довжини каналу. Результати проведеного розрахунку двофазного потоку з локальною закруткою твердої фази представлені на рис 6.













    Рис. 6. Розподіл швидкостей двофазного потоку та концентрації абразиву в перетинах по довжині каналу фази: а- профіль осьовий компоненти швидкості, б- профіль окружної компоненти швидкості, в- профіль концентрації.

    Профіль осьової швидкості складається з граничного шару, і "зовнішньої" області. Розподілення швидкості в перетинах змінюється поки не настає змикання поздовжнього граничного шару (рис. 6,а). У потоці з локальною закруткою твердої фази спостерігається істотна нерівномірність поля концентрації . Профіль концентрації на вході в канал прискорюючого насадка характеризується зростанням у бік стінки каналу, що викликано дією відцентрового ефекту (рис.6.в). В процесі виродження обертального руху за рахунок турбулентної дифузії відбувається вирівнювання профілю концентрації (рис. 6,б), а на кінці розрахункової ділянки розподіл концентрації наближається до рівномірного (рис. 7). Збільшення інтенсивності крутки створює більш градієнтний розподіл домішок в каналі (рис. 8.) В зв'язку з тим, що є відповідність між інтенсивністю крутки і кутом конусності стінок змішувальної камери залежність концентрації наведено відносно кута конусності бк.












    Рис. 7. Залежність концентрації абразивних частинок в перетинах каналу прискорюючого насадка при бк= 60о: 1 - Х=5; 2 - Х=15;

    3 - Х=30; 4 - Х=50.













    Рис. 8. Залежність концентрації абразивних частинок в перетині Х=5 від кута конусності змішуваль-ної камери: 1 – бк = 60о; 2 – бк =45о; 3 – бк =30о.

    У четвертому розділі розглядаються питання планування, проведення та аналізу експериментальних досліджень залежності продуктивності процесу розрізання від конструктивних параметрів гідрорізного устаткування та оцінки аналітичних залежностей, отриманих при вивченні процесу руйнування матеріалів високошвидкісним гідро- та гідроабразивним струменем.

    Для проведення експериментальних досліджень була розроблена і виготовлена гідрорізна установка, гідравлічна схема якої представлена на рис. 9. Установка складається з системи низького 1 і високого 2 тиску, робочої головки 3, столу подач 4, а також системи управління. В якості сопел використовувались волоки з високоміцного синтетичного алмазу Експериментальна установка забезпечувала регулювання параметрів в діапазоні: тиску робочої рідини - 50 – 250 МПа; швидку зміну струменеформуючих сопел діаметрами від 0,10 до 0,16 мм; відстань сопло – матеріал 1 – 100 мм, кут нахилу струменя до матеріалу – 70о – 110о;
















    Рис. 9. Гідравлічна схема гідрорізної установки.

    швидкість подачі матеріалу 0,005 – 0,03 м/с. Ранжирування чинників: тиск рідини p перед соплом, діаметр вихідного отвору струменеформуючого сопла dс ; відстань від зрізу сопла до поверхні оброблюваного матеріалу l; кут нахилу струменя рідини щодо поверхні матеріалу . Експериментальні дослідження проводились для матеріалів: пористий матеріал на основі хлоропренового каучуку (ГОСТ 385061-91), тканина спеціальна термостійка (ТСТ), вініліскожа-Т. В результаті проведених досліджень були отримані рівняння регресії які дозволяють визначити величину подачі матеріалу при повному прорізанні:

    – для матеріалу на основі хлоропренового каучуку

    Sп = -13523,25 + 35,82 p + 118849 dс +39,69 l +86,23 б +

    + 74,4 pdс – 0,12p2 – 510700 dс – 1,1 l2 – 0,63 б2 ; (11)

    – для тканини спеціальної термостійкої (ТСТ)

    Sп = -13620,63 + 31,64 p + 10459 dс +67,29 l + 115,56 б +

    + 94,9 pdс – 0,14 p2 – 443400 dс2 – 2,104 l2 – 0,53 б2 ;


  •