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【新闻】气动系统内部结露的机理研究汝州

发布时间:2020-10-18 19:25:37 阅读: 来源:二氧化氯发生器厂家

露进行了研究,揭了内部结露的机理。并利用模糊数学的思想,综合各种影响因素给出了系统发生结露可能性叙词气动系统内部结露均匀凝结沉积0刖目随着气动系统向小型化高速化方向的发展,使原来比较完善的气动技术出现了新的问,这就是气动系统的结露问。气动系统的结露尤其是内部结露对系统性能和元件寿命造成很大的影响,所以正确判别结露的发生提出防止发生结露的措施已成为个重要的课。本文以气动充放气系统为研究对象,首先建立了系统的维非定常流动数学模型,并对其求得数值解。其次利用均匀凝结理论,计算出在放气过程中水蒸气在容器和管路内的凝结情况。然后利用气悬浮体理论提出微小水滴在气动充放气系统内有种沉积方式,并计算出了在放气过程中能够沉积在系统中的水滴量。最后利用模糊数学的思想,综合各种影响因素给出了系统发生结露可能性的公式。

1气动充放气系统流场数学模型将实际的气动充放气系统抽象为由个固定容积带定管长的管路和两个固定节流口组成的系统,1.在建立系统的数学模型时,容器采用集中参数法,管路采用分布参数法。

节流口1节流口2在本文的研究中假设国家自然科学基金资助项目59375183.200108收到初稿,20010610收到修改稿所研究的气体为理想气体。

容器内的压力温度和密度是均匀分布的。

管路中每个网格内压力温度和密度是均匀分布的。

压缩空气经过节流口的流动为等墒流动。

忽略重力的影响。

1.1容器的数学模型由热力学和流体力学知识得到如下各方程。

连续性方程节流口处流量方程占产Px节流口低压侧压力理想气体状态方程热力学第穿律cv比定容热容传热方程1.2管路的数学模型充放气系统中管路内压缩空气的流动是有摩擦和传热效应的可压缩非定常维流动。根据气体动力学知识,考虑摩擦传热,略去做功和重力的影响,得到如下的方程连续方程2动量方程范宁系数,由经验公式得流道的水利半径3能量方程P,P容器的数学模型为常微分方程和代数方程,利用阶龙格库塔法即可求解。管路部分的控制方程是组阶准线性非齐次偏微分方程,它们是双曲型的,可以用特征线法来得到它们的解。容器与管路模型的连接利用流过同界面的气体质量流量相等的思想来处理,同时也解决了管路容器侧的边界条件。这样可以求出该充放气系统的流场情况。

2空气中水蒸气的凝结过程气动系统运行时,压缩空气在放出过程中会剧烈地膨胀,使其温度急剧下降,如果温度低于压缩空气的露点温度,其中的水蒸气发生凝结。当气液界面为无限大时的凝结过程是按照水蒸气的饱和曲线发生的,但是在气动系统中,压缩空气般是经过除尘除水等净化处理的,没有液相面存在,这样凝结核就只可能是极微小的杂质微粒或自发形成的微小水滴,这种情况下的凝结为均匀凝结。考虑水滴面张力的影响,凝结不是按照凝结线发生的,而是有定的过饱和度。

按照均匀凝结的理论,所有会长大的水滴都必须先达到临界半径,然后再作为稳定的水滴继续生长。临界半径是以当前水蒸气压力为饱和蒸气压的水滴,它可以用下式下标7水蒸气下标水滴定义单位时间单位体积内生成的临界凝结核的个数为核形成率。

对这个核形成率本文中采用弗兰克尔提出的公当个水滴成为稳定的水滴以后,它的半径会随着时间发生变化,定义这个变化率为水滴的生长速度,它可为下标r代以半径为r的水滴为临界半径的状态。

要使水滴成长,水蒸气具有定的过饱和度是必须的。

随着放气过程的进行压缩空气密度发生变化,空气中水滴的数密度也随之变化。在时刻+时间内产生的水滴数量为在,时间段内单位体积水蒸气的凝结量为在水蒸气的凝结过程中,随着时间的变化不断地有新的水滴产生,已经存在的水滴不断地生长,在计算过程中要记录每个水滴的生长过程显然是不可能的。在这里解决的办法是将这些水滴分组,认为在,+4;时间内产生的水滴具有相同的半径。由于在凝结过程中有新水滴产生的过程在很短时间内就可以完成,所以用有限数目的分组就可以描述在凝结过程中产生的水滴,认为同组水滴具有相同的特性。

3微小水滴的沉积在气动系统中凝结出来的水滴半径般在7,1051之间,根据气悬浮体理论这些水滴的沉积方式有种,即重力沉积惯性沉积和扩散沉3.1重力沉积重力沉积是由于水滴受重力场的作用有个下沉的速度,并由此引起的水滴在固体壁面上的沉积。

当水滴受重力作用下沉时,下沉速度将稳定在终极速度上。

r松弛时间在计算很小的水滴的终极速度时,以叫3爪修正因子,加以修正,即3.2惯性沉积气动系统中的管路是难免要弯曲的,这样导致压缩空气在管路中流动时气流的方向会发生改变。

当气流改变运动方向时,气流中所夹带的水滴由于惯性力的作用,就会在不同程度上有种从空气中分离出来的倾向。设个直径为质量为的水滴围绕点做圆周运动,半径为尺,角速度为心水滴绕该点转过的角度为。当水滴在空气中运动,其雷诺数较小,运动将会受到,3阻力,由水滴所受到的阻力。

在心时间内,水滴的径向位移为需要用因为气动系统中的水滴半径很小,它的松弛时间也很小,所以可以认为水滴的切向速度和气流如果管路弯曲的角度为心那么水滴随气流流过这段弯管所走的径向位移为3.3扩散沉积由于扩散作用使水滴沉积下来的现象叫扩散沉积。对于在层流和紊流中悬浮着的水滴都会发生扩散沉积,但其机制是不同的。根据计算和分析,由扩散沉积引起的沉积量相对于前两种方式引起的沉积量小很多,在这里可以忽略不计。

4内部结露的模糊判据根据经验,影响气动系统结露的因素除了水滴沉积量以外,还有系统充放气的周期,充放气的累积效应,空气中杂质对凝结的影响。综合考虑这些因素,利用模糊思想给出个气动系统会发生结露的可能性。为讨论方便,将影响系统结露的因素叫做系统的象,根据实际情况归纳起来有个水滴的沉积量较多充放气周期较长充放气累积效应较大和空气中杂质颗粒较大较多。

设只为实数轴,考察维欧氏空间只4的子集,Y=iXIX=xi,x2,J,3,xa,23程度从判断系统是否结露的角度上看,矢量无=,尤体现了个系统的全部象。工的值反映了该系统第7项象的程度。把矢量叉定义为象群,把子集叫做象空间。

取象空间作论域,把内部结露看成上个系统是否发内部结露的问就是确定的元素久以多大程度隶属于这个,巧集的问。

水滴沉积的程度。取值于闭区间,具体定义为,内部节露点,外部节露点对个给定的气动充放气系统,象群矢量尤是可以唯确定的,所以可以根据方程式30可以计算出隶属度尤,这个隶属度就是该系统发生内部结露的可能性。

通过对前面计算结果的分析得出,系统参数影响结露的本质原因是系统参数的不同,使该系统在放气过程中产生的水滴直径不同,容积比及充放气周期不同,从而决定了是否有多余的水滴沉积在系统中,这就决定了该系统是否会发生结露。

5判据的试验验证为了验证前面理论结果的正确性,在定的条件下对由不同容积的容器和不同长度的气管组成的系统进行充放气试验,发生内部结露的结果2.计算得到的发生内部结露的可能性3所。从中可以看到,计算出来的是否发生内部结露的边界与试验结果基本致可以说明本文中的理论基本正确,提出观点能够解释内部结露产生的本质原因。

故工1 mmcr当7时计算得到的水滴沉积量8 TTlct临界沉积量,邑当沉积量大于讲,时,认为对水滴的沉积量较多的隶属度为1.在这里=0.05.

系统充放气周期较长的程度巧取值于闭区间,具体定义为Tcr临界周期,3当充放气周期大于丁,时认为系统对充放气周期较长的隶属度为在这里了,为根据试验研究和其他研究者的研究结果,认为对充放气累积效应的影响主要是容器容积和管路容积的比值。系统累积效应较大的程度13取值于闭区间具体定义为管路容积3压缩空气中的杂质微粒对系统的凝结有定的影响,随着微粒的大小和数量的不同而不同。在实际的气动系统中,压缩空气在进人系统前需要净化处理,以常用的空气净化设备为例,使用不同的空气净化设备净化后的压缩空气般可以分为个等级,分别是压缩空气中含有的微粒最大直径为5,0.3,0.01爪,可以认为过滤精度越高,杂质微粒的直径越小,数量越少。根据经验,压缩空气中空气中杂质微粒较大较多的程度4定义为各项象对内部节露所起的作用不尽相同,它们的权重也不相同,中所对应的权重如下5,3,5,xl定义叉对内部结露的隶属度为6结论建立了气动充放气系统维非定常流动数学模型,并对其求解。

利用均匀凝结理论计算得到在放气过程中系统内水蒸气的凝结情况,以及水滴的数量直径随时间和位置的分布。

利用气悬浮体理论得出气动系统内微小水滴有种沉积方式,并给出它们的计算方法。

利用模糊数学的思想,综合了影响结露的各种因素给出个系统发生内部结露可能性的公式通过理论分析揭了气动系统发生内部结露的机理。

1左克罗霍夫曼气体动力学。北京国防工业出版社,1984上接第53页Deposition作者简介李军,1972年出生,讲师。从事气动技术研究,发论文20余篇,参加国家自然科学基金等课研究,获国防科学技术等奖1项。

烧及排放控制技术的研究。

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