Гидрoгазодинамический расчет трубопровода и сопла Лаваля

Введение

Изучение основ физики жидкости и газа играет важную роль в получении необходимых навыков для решения сложных научных и технических задач, для которых требуется построение физических моделей разнообразных гидрогазодинамических систем.

Объектом изучения являются трубопроводы и участки трубопроводов по которым движется газ и жидкость, а так-же сопло Ловаля.

Цель работы — формирование систематизированных знаний в области явлений, связанных с закономерностями движения газа при его течении по каналам. Полученные в ходе решения навыки, подготовят будущего специалиста к дальнейшей научной и учебной деятельности.

В данном курсовом проекте строятся задачи которые заключаются в расчете разветвленного и короткого трубопроводов, сопла Лаваля. По результатам расчетов определяются необходимые параметры для нормального функционирования этих систем. По этим параметрам выбирается оптимальный режим работы системы.

Численное решение получено методом установления с использованием уравнений неразрывности потока, Менделеева-Клайперона.

Корпус двигателя

Исходя из полученных данных по давлению газов в камере сгорания, нужно было подобрать соответствующий этим требованиям материал для корпуса. Пиковое значение давления у нас достигает почти 25 бар. Не мудрствуя лукаво и стараясь уйти от применения сложных материалов, где это возможно, решили принять на вооружение стальную трубу ДУ-40 с толщиной стенки в 3 мм. Соответствующая труба была успешно закуплена в первом попавшемся металлопрокате на рынке. К сожалению, склад продукции железячников находился под открытым небом, поэтому труба была несколько ржавая.
Чистка при помощи наждачки и «лепестковой палки» авторства Лёши (передаем привет Доктору Дью) не дала нормального эффекта, да и лень было убивать на это время. Почему бы для этого не попробовать химический метод. Из химикатов, находившихся в пешей доступности, была только уксусная эссенция, лимонная кислота и соль, все закуплено в ближайшем продуктовом. Как назло, не нашлось подходящего тазика, в который можно было бы налить ядрёную смесь и замочить трубу, пришлось соорудить его дендрофекальным методом из других ящиков, используя их в качестве опоры, а между ними сделать ванночку из пленки, оставшейся после дирижабля, которую закрепили канцелярскими зажимами. Положили в этот хрустящий саркофаг трубу и залили ускусной кислотой, а для большего эффекта добавили растворенной в воде лимонки с солью.Реакция началась мгновенно.Довольные собой, мы оставили трубу травиться и с чистой совесью ушли на выходные.

Запах, встретивший нас в понедельник, выедал глаза и нос. Да, зря не накрыли ничем ванну. Запах уксуса, казалось, въелся в стены. Даже открытые настежь окна не спасли, потом еще дня два пришлось проветривать студию, так что не повторяйте наших ошибок: такие вещи лучше делать либо на открытом воздухе, либо в плотно закрытой таре. Тем не менее, результат очистки трубы оказался вполне удовлетворительным: труба очистилась как снаружи, так и изнутри. Имейте в виду, после применения химической очистки нужно хорошо промыть водой и вытереть насухо очищаемый предмет, иначе он на воздухе быстро покроется мутной пленкой. Еще лучше — защитить поверхность от контакта с воздухом при помощи краски, лака или аэрозольного полиуретана. Но это исключительно наши эстетические соображения.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

Гриценко, М. В. Гидрогазодинамика. Часть 1. Учебное пособие / М. В. Гриценко, Н. Н. Храмцова, А. В. Гриценко. — Благовещенск: Амурский гос. ун-т, 2008. — 75 с.
Ковальногов,Н. Н. Основы механики жидкости и газа / Н. Н. Ковальногов. — Ульяновск: УлГТУ, 2002,-110 с.
Краснов Н.Ф. Аэродинамика в вопросах и задачах М. Высшая школа 1985г.759c.
Лапшев, Н. Н. Гидравлика: Учебник / Н. Н. Лапшев. — М.: Издательский , 2007. — 272 с.
Часс, С. И. Гидромеханика в примерах и задачах: Учебное пособие / С. И. Часс. — Екатеринбург: Изд-во УГГУ, 2006. — 216 с.

Расчет сопла

Сопло является главным элементом ракетного двигателя (ваш К.О.), так как в зависимости от правильности его расчета можно на одном и том же топливе с тем же каналом получить до +30% тяги.
К расчету сопла мы подошли основательно, подробно о математике его расчета, принципе работы, протекающих процессах, да и вообще, много интересного, можно почитать тут и elib.osu.ru/bitstream/123456789/8572/1/1805_20110824.pdf. А еще на сайте нашелся очень удобный инструмент Rocki-nozzle (на странице листаем вниз и ищем соответствующую ссылку).

Скачиваем программу, подставляем в соответствующие поля расчетные значения ракеты, полученные в Meteor (см. статью) и получаем на выходе профиль сопла. Обрабатываем данные и в SolidWorks рисуем красивое сопло с соблюдением всех размеров.

Дальше должна была быть токарочка, но в этот выпуск она не попадет, так как у моего знакомого токаря ЧПУ-шка отказалась работать и мы не могли к нему попасть. Но к следующей серии все обязательно будет.

Скачать полученную модель можно по ссылке в конце статьи.

Сопло для пескоструя: правила выбора и изготовление своими руками

Сопло, которое используется для оснащения пескоструйного аппарата, является важнейшим элементом конструкции такого устройства.

Только правильно подобранное сопло позволит вам наиболее эффективно использовать пескоструйный аппарат по его прямому назначению: для очистки различных поверхностей от загрязнений, старых покрытий, следов коррозии, их обезжиривания и подготовке к дальнейшей обработке.

Для каждого применения можно подобрать сопло определенного диаметра, в зависимости от фракции используемого песка

Задачи, которые решает сопло пескоструйное, заключаются в сжатии и разгоне до требуемой скорости смеси, состоящей из воздуха и абразивного материала, а также в формировании рабочего пятна и его насыщении абразивом, воздействующим на поверхность обрабатываемого изделия.

В зависимости от размеров поверхности, которую необходимо подвергнуть пескоструйной обработке, в соплах могут быть выполнены отверстия различных типов.

Так, для обработки узких поверхностей применяют сопла с одинаковым диаметром по всей длине, а для очистки поверхностей большой площади используют изделия, отверстия в которых имеют больший диаметр на входе и выходе (тип «Вентури», разработанный в середине прошлого века).

Сущность пескоструйной обработки

Пескоструйная обработка предполагает воздействие на различные поверхности абразивным материалом. В качестве последнего используются песок, дробь, карбид кремния, мелкие шарики из стекла и т.д.

Пескоструйная обработка – это механическое воздействие на поверхность мелких твердых частиц

Перед началом обработки абразив помещают в герметичный бункер. По основному шлангу аппарата под большим давлением подается воздух, поступающий от отдельного компрессора.

Проходя мимо отверстия заборного рукава, поток воздуха создает в нем вакуум, что и способствует всасыванию в основной шланг абразива.

Уже смешанный с абразивом воздух поступает к пистолету, основным элементом которого является сопло пескоструйное, через которое абразивная смесь подается на обрабатываемую поверхность.

Схема участка пескоструйной обработки

Как уже говорилось выше, для выполнения пескоструйной обработки могут использоваться различные типы абразивных материалов. Выбор здесь зависит от типа поверхности, которую необходимо очистить.

Так, обработка с использованием песка эффективна в тех случаях, когда необходимо удалить слой старой краски с бетонной поверхности, очистить кирпичные стены от остатков цемента, подготовить металлические детали к дальнейшей покраске.

Такие абразивы, как пластик или пшеничный крахмал, успешно применяют в судостроительной, автомобильной и авиастроительной отраслях, с их помощью эффективно удаляют старые покрытия с композиционных материалов.

Конструктивные особенности сопла для пескоструйного аппарата

Основными параметрами сопла, устанавливаемого на пескоструйный аппарат, являются:

диаметр и тип отверстия;
длина;
материал изготовления.

Абразивоструйные сопла различных конфигураций

Диаметр отверстия в сопле, которое фиксируется на пескоструйном аппарате посредством специального соплодержателя, выбирается в зависимости от того, какой производительностью должно обладать устройство.

Производительность любого пескоструйного аппарата – как серийного, так и сделанного своими руками – зависит от мощности струи или объема воздуха, который в состоянии пропускать сопло в единицу времени.

Мощность струи, которую формирует сопло, прямо пропорциональна объему воздуха, который проходит через него в единицу времени. Соответственно, чтобы увеличить мощность пескоструйного аппарата, необходимо сделать в его сопле отверстие большего диаметра.

Например, можно оценить мощность сопел, отверстия в которых имеют разные диаметры.

Если сопло, диаметр которого соответствует 6 мм (1/4 дюйма), имеет мощность, равную 100%, то изделия с отверстиями больших диаметров будут отличаться следующей величиной данного параметра:

8 мм (5/16 дюйма) – 157%;
9,5 мм (3/8 дюйма) – 220%;
11 мм (7/16 дюйма) – 320%;
12,5 мм (1/2 дюйма) – 400%.

Чтобы еще лучше ориентироваться в мощности сопла с тем или иным диаметром внутреннего отверстия, можно принять во внимание, что изделия, диаметр в которых составляет 6 мм (1/4 дюйма), способны обеспечить среднюю мощность струи, равную 30 м3/час.

Таблица позволяет примерно оценить влияние диаметра сопла и давления воздуха на производительность и расход абразива

Если вы не собираетесь изготавливать сопло для аппарата пескоструйной обработки своими руками, то следует иметь в виду, что изделия, выпускаемые серийно, имеют стандартные диаметры отверстий, равные 6, 8, 10 и 12 мм.

На выбор такого параметра сопла, как его длина, оказывает влияние степень загрязненности очищаемой поверхности. Для пескоструйной обработки поверхностей, которые имеют незначительные загрязнения, выбираются более короткие сопла (7–8 см).

Если же необходимо обработать поверхность, на которой имеются сложные загрязнения, длина сопла должна быть значительной (до 23 см).

Более короткие сопла, устанавливаемые в стандартный соплодержатель, используются и в тех случаях, когда обработке требуется подвергнуть труднодоступные места.

Сопла, диаметр которых не изменяется по всей их длине, позволяют обеспечить скорость выхода абразивного материала 320 км/час, при этом давление смеси из воздуха и абразива, поступающей из такого сопла, составляет 6 атм.

Сопла с каналом «Вентури» формируют струю абразивной смеси, скорость движения которой может доходить до 720 км/час. Понятно, что сопла с внутренними отверстиями такого типа повышают эффективность пескоструйной обработки.

Очевидно, что площадь потока у сопла типа VENTURI значительно больше, чем у обычного прямолинейного

Использование сопел с внутренними отверстиями, выполненными по типу «Вентури», позволяет предприятиям и специализированным компаниям не только увеличить производительность своего труда, но и значительно повысить качество выполняемой обработки. Что важно, применение изделий с такими каналами не требует приобретения специальных абразивов и не приводит к увеличению расхода сжатого воздуха.

Если сопла с отверстиями обычного типа для пескоструйных аппаратов можно сделать своими руками (хотя это и сложно), то изделия с каналом «Вентури» качественно изготовить в домашних условиях, не располагая специальным оборудованием, практически невозможно.

Устройство сопла пескоструйного с каналом Вентури: d — внутренний диаметр; D — заходной диаметр; Т — присоединительная резьба; L — длина сопла

Для изготовления сопел, в том числе и своими руками, могут быть использованы различные материалы, от выбора которых зависит долговечность изделия. Так, в зависимости от материала изготовления сопла для аппаратов пескоструйной обработки обладают следующей долговечностью:

керамические изделия, которые в домашних условиях делают из обычных свечей зажигания, – 1–2 часа;
сопла из чугуна – 6–8 часов;
изделия, для производства которых был использован карбид вольфрама, – 300 часов;
сопла, изготовленные из карбида бора, – 750–1000 часов.

Если в качестве абразивного материала в пескоструйном аппарате используется не песок, а стальная дробь, то долговечность сопел любого типа увеличивается в 2–2,5 раза.

Как правильно выбрать сопло для пескоструйной обработки

Выбирая сопло для своего пескоструйного аппарата, учитывайте тот факт, что самые недорогие изделия являются и самыми недолговечными. Такие сопла в итоге обойдутся вам дороже качественной продукции, особенно если вам предстоит выполнить большой объем работ.

Пескоструйные износостойкие сопла из карбида вольфрама

Для бытовых целей подходят сопла из чугуна и керамики. Многие домашние умельцы даже самостоятельно изготавливают керамические сопла, используя для этого отработанные свечи зажигания. Для того чтобы из такой свечи сделать сопло, достаточно удалить из ее керамической оболочки металлический электрод.

Используя для пескоструйного аппарата чугунные и керамические сопла, следует иметь в виду, что из-за своего ускоренного износа они увеличивают расход как воздуха, так и абразива, поэтому их не рекомендуется применять при выполнении масштабных работ.

Дорогостоящие сопла из карбида бора и карбида вольфрама отличаются не только высочайшей долговечностью, но также и тем, что их можно использовать практически с любым абразивным материалом, за исключением карборунда и окиси алюминия.

Этим, собственно, и объясняется достаточно высокая стоимость таких сопел для пескоструйного аппарата, которые способны прослужить очень долго, не теряя своих характеристик, не увеличивая расход абразивного материала и воздуха. Применение таких изделий целесообразно во всех ситуациях, когда требуется выполнить большой объем работ по очистке различных поверхностей.

Сопло лаваля своими руками — Справочник металлиста

Для производства доступных строительных материалов применяется оборудование различного типа, в том числе пеногенератор для пенобетона.

Несмотря на простоту изготовления и невысокую стоимость, технические требования к пенобетонным блокам строгие.

Чтобы добиться высокого качества при производстве этого строительного материала, необходимо строго соблюдать все технологические нормы.

Назначение пеногенератора

На текущий момент пенобетон востребован в индивидуальном строительстве как доступный и качественный материал. Это объясняется его высокими эксплуатационными характеристиками.

Из пенобетона возводят малоэтажные жилые дома, гаражи, дачные домики и различные хозяйственные постройки.

Пеноблоки не горят и не подвержены усадке, обладают достаточной стойкостью к любым атмосферным воздействиям.

В зимний период здания из пенобетона хорошо сохраняют тепло, летом в таких помещениях не жарко. Пенобетон можно производить своими руками, используя самодельный пеногенератор.

Практика последних лет показывает, что все больше людей стремятся построить себе дом или гараж собственными силами. Такой подход получил распространение благодаря техническим возможностям.

Оборудование для производства пенобетона можно приобрести по доступной цене или изготовить самостоятельно.

Одним из основных элементов в составе установки считается пеногенератор. Это устройство используется, чтобы обеспечить насыщение бетонного блока пеной, благодаря чему блок приобретает свои характеристики.

Сегодня на рынке строительного оборудования можно найти и купить подходящий по мощности пеногенератор.

Однако можно без существенных финансовых затрат изготовить пеногенератор для пенобетона своими руками, что позволит сократить затраты на строительство.

Качество пены, которая образуется в самодельных пеногенераторах, точно такое же, как и в заводских.

Познакомившись с принципом действия такого агрегата, можно самостоятельно начертить чертежи и приступить к изготовлению.

Пеногенератор состоит из следующих элементов:

запорная и регулировочная аппаратура;
камера для формирования смеси;
сопло.

Конкретная конструкция генератора пены может претерпевать изменения, но принцип действия остается одинаковым.

Принцип действия

Основная функция пеногенератора заключается в том, чтобы обеспечить подачу пены в приготовленный заранее песчано-цементный раствор.

Для производства пенобетона используется обыкновенная бетономешалка. В ней замешивают бетон для заливки фундаментов и стен или раствор для кирпичной кладки.

Когда в процессе перемешивания раствора в него попадает определенное количество пены, то обыкновенный бетон превращается в пенобетон.

О преимуществах и недостатках пенобетона известно всем специалистам. Сегодня этот строительный материал можно приготовить непосредственно на том месте, где возводится дом, гараж или другой объект.

Структура пеногенератора

Приступая к изготовлению пеногенератора своими руками, необходимо оптимизировать все попавшиеся на глаза чертежи и описания.

Дело в том, что многие специалисты, познакомившись с принципом действия пеногенератора, тут же применяют полученные знания, воплотив их в реальность.

Схемы и чертежи:

Наглядную демонстрацию работы пеногенератора можно увидеть на любой автомобильной мойке.

Пена при перемешивании заполняет определенный объем бетонного блока и тем самым уменьшает его исходную плотность.

Простейший пеногенератор можно собрать из следующих элементов:

патрубок подачи пенообразующего раствора;
патрубок подачи сжатого воздуха;
камера смешивания;
пенопатрон.

Пенообразователь заводского изготовления всегда имеется на стеллажах в магазинах строительных материалов.

Если такой возможности нет, то эмульсию можно приготовить, смешав живичную канифоль, каустическую соду и костный столярный клей. Процесс приготовления не сложный, но требующий аккуратности.

После того как самопальный пенообразователь будет готов, нужно проверить его качество. Пена должна обладать достаточной плотностью и стойкостью.

Сборка и подключение

Основными элементами пеногенератора для производства пенобетона являются камера смешивания и пенопатрон. В этом контексте важно подчеркнуть, что за этими терминами кроются обыкновенные и хорошо знакомые мастерам элементы.

Камера смешивания представляет собой обыкновенную трубу. Диаметр трубы выбирается в зависимости от мощности будущего генератора. К трубе привариваются два патрубка.

Первый – с торца, предназначенный для подачи воздуха, второй – посередине трубы под углом 90 градусов. Через него подается раствор пенообразователя. На каждом патрубке необходимо установить запорный вентиль.

На пеногенераторах для пенобетона заводского изготовления устанавливается по два вентиля – запорный и регулировочный.

Практика последних лет показывает, что при небольших объемах производства, когда нужно изготовить пеноблоки для возведения гаража или дачного домика, вполне достаточно одного запорного вентиля.

Ко второму торцу камеры смешивания приваривается патрубок, который выполняет функции пенопатрона. При возможности внутреннюю поверхность патрубка обрабатывают в форме воронки.

Это делается для уменьшения скорости потока смеси пенообразователя и воздуха, чтобы обеспечить образование пены.

Некоторые нюансы

Когда выполняется соединение камеры смешивания и пенопатрона, между ними фиксируется элемент, который носит название сопло Лаваля, или другое устройство – жиклер.

Эти элементы предназначены, чтобы увеличить скорость протекания смеси при переходе из камеры в пенопатрон. Именно в пенопатроне происходит окончательное формирование пены.

Чтобы процесс протекал более эффективно, поток пенообразователя «разбивается» о специальный фильтр.

В самодельных пеногенераторах в качестве такого фильтра используют кухонные металлические сеточки, которые продаются в каждом хозяйственном магазине.

Соорудить пеногенератор своими руками для производства пенобетона задача не сложная. Здесь главное представлять себе принцип действия генератора.

Технически более сложная задача – правильно подключить пеногенератор к основному оборудованию.

В настоящее время конструкции бетономешалок, которые применяются для производства блоков, можно встретить самые разные.

Перед тем как собирать пеногенератор, необходимо определить все установочные элементы, которые используются при соединении шлангов и труб.

Сопло для пескоструя: правила выбора и изготовление своими руками

Задачи, которые решает сопло пескоструйное, заключаются в сжатии и разгоне до требуемой скорости смеси, состоящей из воздуха и абразивного материала, а также в формировании рабочего пятна и его насыщении абразивом, воздействующим на поверхность обрабатываемого изделия.

Сущность пескоструйной обработки

Пескоструйная обработка – это механическое воздействие на поверхность мелких твердых частиц

Уже смешанный с абразивом воздух поступает к пистолету, основным элементом которого является сопло пескоструйное, через которое абразивная смесь подается на обрабатываемую поверхность.

Схема участка пескоструйной обработки

Так, обработка с использованием песка эффективна в тех случаях, когда необходимо удалить слой старой краски с бетонной поверхности, очистить кирпичные стены от остатков цемента, подготовить металлические детали к дальнейшей покраске.

Конструктивные особенности сопла для пескоструйного аппарата

Основными параметрами сопла, устанавливаемого на пескоструйный аппарат, являются:

диаметр и тип отверстия;
длина;
материал изготовления.

Абразивоструйные сопла различных конфигураций

Мощность струи, которую формирует сопло, прямо пропорциональна объему воздуха, который проходит через него в единицу времени. Соответственно, чтобы увеличить мощность пескоструйного аппарата, необходимо сделать в его сопле отверстие большего диаметра.

8 мм (5/16 дюйма) – 157%;
9,5 мм (3/8 дюйма) – 220%;
11 мм (7/16 дюйма) – 320%;
12,5 мм (1/2 дюйма) – 400%.

Описание сопла Лаваля:

Сопло Лаваля — газовый канал особого профиля, разгоняющий проходящий по нему газовый поток до сверхзвуковых скоростей. Сопло представляет собой канал, сужающийся в середине. В простейшем случае такое сопло может состоять из пары усечённых конусов, сопряжённых узкими концами.

Феномен ускорения газа до сверхзвуковых скоростей в сопле Лаваля был обнаружен в конце XIX в. экспериментальным путём. Сопло было впервые предложено в 1890 г. шведским изобретателем Густафом де Лавалем для паровых турбин, а потому и названо по имени его изобретателя. Затем в 1913 г. Р. Годдардом подана заявка на изобретение на применение сопла Лаваля в двухступенчатой твердотопливной ракете . В настоящее время сопло Лаваля широко используется на некоторых типах паровых турбин, в ракетных двигателях и сверхзвуковых реактивных авиационных двигателях .

Позже это явление – ускорение газа до сверхзвуковых скоростей нашло теоретическое объяснение в рамках газовой динамики и соответствующих газодинамических расчетов.

Принцип работы сопла Лаваля:

Ниже на иллюстрации показана работа сопла Лаваля.

По мере движения газа по соплу, его абсолютная температура Т и давление Р снижаются, а скорость V возрастает. Внутренняя энергия газа преобразуется в кинетическую энергию его направленного движения. КПД этого преобразования в некоторых случаях (например, в соплах современных ракетных двигателей) может превышать 70 %. М – число Маха (скорость звука).

На сужающемся, докритическом участке сопла движение газа происходит с дозвуковыми скоростями (М газа достигает звуковой (М = 1). На расширяющемся, закритическом участке, газовый поток движется со сверхзвуковыми скоростями (М > 1).

Суживающая часть сопла называется конфузором, а расширяющая – диффузором. Диффузор по длине всегда больше конфузора. Иногда длина диффузора превышает длину конфузора в 250 раз. Удлинение диффузора способствует увеличению скорости истечения газа из сопла, а соответственно и тяги.

скорость истечения расчет работа истечение из сопла лаваля сопло лаваля принцип работы чертеж купить температура для воздуха своими руками формулы для воды калькулятор википедия размеры

Поиск технологий

Найдено технологий 1

Может быть интересно:

Интенсивное садоводство

Клиновые мельницы

Обеззараживание питьевой воды и сточных вод плазмой

Органические удобрения и технология производства

Рыбные фермы и технология выращивания рыбы

Графеновый аккумулятор и его преимущества

Охранная система РЛД «Редан-125»

Шпренгельные фермы с наклонными стойками

О чём данный сайт?

Настоящий сайт посвящен авторским научным разработкам в области экономики и научной идее осуществления Второй индустриализации России.

Он включает в себя: – экономику Второй индустриализации России, – теорию, методологию и инструментарий инновационного развития – осуществления Второй индустриализации России, – организационный механизм осуществления Второй индустриализации России, – справочник прорывных технологий.

Мы не продаем товары, технологии и пр. производителей и изобретателей! Необходимо обращаться к ним напрямую!

Мы проводим переговоры с производителями и изобретателями отечественных прорывных технологий и даем рекомендации по их использованию.

Осуществление Второй индустриализации России базируется на качественно новой научной основе (теории, методологии и инструментарии), разработанной авторами сайта.

Конечным результатом Второй индустриализации России является повышение благосостояния каждого члена общества: рядового человека, предприятия и государства.