Русская версия English version

Стохастическая модель процесса образования кавитационных пузырей в проточной части регулирующего клапана

А.Б. Капранова, А.Е. Лебедев, А.М. Мельцер, С.В. Неклюдов

Вестник ИГЭУ, 2016 г. выпуск 4, сс. 24—29

Скачать PDF

Аннотация на русском языке: 

Состояние вопроса: Регулирующие клапаны относятся к разряду энергетической арматуры и традиционно активно эксплуатируются в энергетической промышленной отрасли. Необходимость обеспечения надежных и безопасных условий работы регулирующего оборудования в различных трубопроводных системах приводит проектировщиков данных устройств к проблеме борьбы с последствиями эффекта кавитации с помощью зачастую уникальных конструктивных решений, в том числе основанных на принципе разделения потоков транспортируемой среды. Математическое описание начальной стадии образования кавитационных пузырей при работе регулирующих органов является одним из этапов формирования инженерной методики для расчета проектируемого оборудования специального назначения.

Материалы и методы: Применяется стохастический метод математического моделирования, основанный на равновесном представлении состояний энергетически закрытой макросистемы.

Результаты: Рассматривается вопрос стохастического моделирования процесса образования пузырей при гидродинамической кавитации в проточной части регулирующего клапана с учетом физико-механических характеристик жидкостной среды и конструктивно-режимных параметров устройства. Предложенный метод формирования стохастической энергии одиночного пузыря в проточной части регулирующего клапана при начальной стадии эволюции гидродинамической кавитации позволяет получить равновесную дифференциальную функцию распределения числа кавитационных пузырей по их размерам. Приведены примеры расчета данных функций в зависимости от соотношения содержания газа и пара в кавитационной полости, а также конструктивно-режимных параметров регулирующего устройства, в частности площади проходного сечения при заданной проходной способности клапана. Теоретически установлены пределы изменения размеров полостей, образующихся вследствие гидродинамической кавитации, а также зависимость между числом кавитационных пузырей и основными параметрами процесса их образования в проточной части регулирующего клапана, к которым, в том числе, относятся показатели его пропускной способности и гидродинамического сопротивления жидкостной среды.

Выводы: Результаты предложенной стохастической модели могут быть использованы для оценки усредненных значений размеров одиночного пузыря, общего объема кавитационных полостей, времени образования полости указанного объема, необходимых для формирования инженерных методик расчета проектируемых регулирующих органов.

Список литературы на русском языке: 

1. О способах оценки критических параметров кавитации в регулирующих органах при транспортировании рабочих сред / А.Б. Капранова, А.Е. Лебедев, А.М. Мельцер и др. // Фундаментальные исследования. – 2016. – № 3 (ч. 3). – С. 488–494.

2. Ионайтис Р.Р., Чеков М.Е.  Интенсификация дросселирования проточной части регуляторов расхода среды // Атомная энергия. – 2012. – Т. 112, вып. 5. – С. 263–269.

3. Безкавитационный регулятор давления шарового типа / О.Н. Полетаев, Р.М. Гиниятов, И.А. Флегентов, О.Ю. Жевелев // Наука и технологии трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. – 2014. – № 4(16). – С. 60–63.

4. О методах моделирования основных стадий развития гидродинамической кавитации / А.Б. Капранова, А.Е. Лебедев, А.М. Мельцер и др. // Фундаментальные исследования. – 2016. – № 3 (ч. 2). – С. 268–273.

5. Си-Дин-Ю. Некоторые аналитические аспекты динамики пузырьков // Труды американского общества инженеров-механиков. Сер. Д. – 1965. – Т. 87, № 4. – С. 157–174 (пер. с англ.).

6. Френкель Я.И. Кинетическая теория жидкостей. – Л.: Наука, 1959. – 586 с.

7. Alamgir Md., Lienhard J.H. Correlation of pressure undershoot during hot-water depressurization // Journal of Heat Transfer. – 1981. – Vol. 103, № 1. – P. 52–55.

8. Кумзерова Е.Ю., Шмидт А.А. Численное моделирование нуклеации и динамики пузырьков при быстром падении давления жидкости // Журнал технической физики. – 2002. – Т. 2, № 7. – С. 36–40.

9. Климонтович Ю.Л. Турбулентное движение и структура хаоса: Новый подход к статистической теории открытых систем. – М.: ЛЕНАНД, 2014. – 328 с.

10. Альтшуль А.Д. Гидравлические сопротивления. – М.: Недра, 1970. – 216 с.

11. О методах расчета гидравлического сопротивления регулирующих органов при транспортировании однокомпонентных сред / А.Б. Капранова, А.Е. Лебедев, А.М. Мельцер // Фундаментальные исследования. – 2016. – № 4 (ч. 1). – С. 52–60.

12. Исаченко В.П. Теплообмен при конденсации. – М.: Энергия, 1977. – 240 с.

13. Исследование вихревых и кавитационных потоков в гидравлических системах / Е.П. Запорожец, Л.П. Холпанов, Г.К. Зиберт, А.В. Артемов // Теоретические основы химической технологии. – 2004. – Т. 38, № 3. – С. 243–252.

14. Арзуманов Э.С. Гидравлические регулирующие органы систем автоматизированного управления. – М.: Машиностроение, 1985. – 256 с.

15. Кнепп Р., Дейли Дж., Хэммит Ф. Кавитация. – М.: Мир, 1974. – 668 с.

Ключевые слова на русском языке: 
Ключевые слова на английском языке: 
Индекс DOI: 
10.17588/2072-2672.2016.4.024-029
Количество скачиваний: 
35