Сұйықтық құбыр, клапан немесе саптама арқылы ағып жатқан кезде, төмен ағынды қысқарту ағынның төмендеуін төмендетпейтін нүкте пайда болады. Бұл шарт тұншығып, тұншықтырылған, сұйықтықтың динамикасында негізгі лимитті білдіреді. Бақылау клапандарымен, қауіпсіздік жүйелерімен және құбырлар дизайнымен жұмыс істейтін инженерлер үшін инженерлер үшін не себеп болғанын түсіну.
Тұншақталған ағынның негізгі себебі қозғалмалы сұйықтық арқылы қысымның бұзылуын қалай жүзеге асырады? Сұйықтық жылдамдығы жергілікті дыбыс жылдамдығына жеткенде, әдетте ағынды ағынға әсер етуге мүмкіндік беретін физикалық механизм толығымен бұзылады.
Негізгі физика: дыбыстық толқындар жоғары қарай жүре алмайтын кезде
Ағынның артуын түсіну үшін, біз ақпараттың сұйықтық жүйесінде қаншалықты сапарларынан бастауымыз керек. Қысымның өзгеруі лезде жіберілмейді. Оның орнына олар сұйықтыққа қатысты дыбыс жылдамдығымен қозғалатын қысым толқындары ретінде таралады.
Жоғары қысымды жоғары қысымды төменірек ағып жатқан сұйықтық бар бақылау клапанын қарастырыңыз. Егер біреу кенеттен клапанды одан әрі төмен түсірсе, қысымның жоғарылауы қысым толқыны ретінде жоғары қарай жүруге тырысады. Бұл сигнал стационарлық құбыр қабырғасына қатысты жылжу жылдамдығы ағын жылдамдығын минусқа теңестіреді.
Мінсіз газ үшін, Sonic жылдамдығы, егер $ a = \\ sqrt \ \\ gamma \ \\ gamma x \ \\ gamma x \ \\ \ \ \ \ \\ \ \\ \ \ \\ \ \\ \ \\ \ \ \\ \\ \ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ \\ $.
Бұл теңдеу сыни нәрсені көрсетеді: Газ тездетеді және кеңейеді, өйткені оның температурасы төмендейді, бұл дыбыс жылдамдығы ағынның бойымен азаяды дегенді білдіреді.
Ағын жылдамдығы жүйенің кез-келген нүктесінде дыбыстық жылдамдыққа жеткенде, сигналдың салыстырмалы жылдамдығы нөлге айналады. Қысым толқындары осы жерде жиналады, одан әрі жоғары қарай таралуы мүмкін емес. Бұл сұйықтықтың динамиктерін «ақпараттық горизонт» деп атайды. Осы ойдан тыс, жоғары ағынның ағынының төмендегі қысымды өзгеруі туралы білмейді. Ағын тұншығып кетеді.
MACH нөмірі (MA) бұл қатынасты ағын жылдамдығы арақатынасы ретінде сандық жылдамдықпен санайды. MA = 1-де тұншығу пайда болады. Осы табалдырықтан төмен, ағындар төмен ағымдағы жағдайларға жауап берілмейді. Осы мәннен жоғары, ағын судың дыбыссыз режиміне енеді, онда төмен ағындар физикалық тұрғыдан төмен қарай жүре алмайды.
Маңызды қысым коэффициенті: математикалық шектер
«Ағынның қандай себептері» деген сұраққа маңызды қысым коэффициентіне байланысты дәл термодинамикалық жауап бар. Мінсіз газдың изентропикалық ағымы үшін, тұншығудың төменгі ағысы абсолютті қысым коэффициенті белгілі бір мәннен төмен түскен кезде пайда болады.
Бұл маңызды қысым коэффициенті тек газ қасиеттеріне байланысты, нақты жылу коэффициенті $ \\ GAMMA $. Isentropic Flow қатынасынан туындады:
Жалпы өндірістік газдар үшін критикалық қысым коэффициенттері
Тұншығу үшін үлкен қысым тамшысын талап етеді.
Көптеген есептеулер үшін стандартты сілтеме.
Аз қысым дифференциалдарында тұншықтырады.
Тұншығу үшін ең сезімтал.
$ \\ гамма = 1,4 доллар, сыни қатынас 0,528 тең болады. Бұл дегеніміз, төмендегі қысым абсолютті қысымның 52,8% -дан астамын, ағынды тұншықтырады. Төменгі қысымды азайту массаның шығынын арттырмайды. Қосымша қысымның төмендеуі сыртқы кеңейту ағындарындағы газдың түбін тездетеді.
Бұл математикалық қарым-қатынас табиғи газ құбырлары (шамамен 1,27-де) ауа жүйелеріне қарағанда оңай тұншықтырады. Дәл осындай абсолютті қысым дифференциалы жарты жылу коэффициенттері бар газдар үшін сыни қатынасының үлкен үлесін білдіреді.
Тамаққа не болады: геометрияның рөлі
Тұншығудың физикалық орналасуы, әдетте, ағынның ең төменгі көлденең қимасы болып табылады, әдетте, жұлдыру деп аталады. Тұтқындаудың қандай себептерін түсіну сығылатын ағынды басқаратын аймақ-жылдамдық қатынасын тексеруді қажет етеді.
Ahots-orifizioa kontrol-balbularekin paraleloan
Алайда, MA = 1-де, теңдеуі $ DA / A $ жеделдету үшін нөлге тең болуы керек. Бұл математикалық талап дуальды жылдамдық тек геометриялық экстремумда, атап айтқанда минималды көлденең қимада болуы мүмкін. Сізде үдеу кезінде тұрақты аймақтық түтікке MA = 1 бола алмайсыз.
Алайда, MA = 1-де, теңдеуі $ DA / A $ жеделдету үшін нөлге тең болуы керек. Бұл математикалық талап дуальды жылдамдық тек геометриялық экстремумда, атап айтқанда минималды көлденең қимада болуы мүмкін. Сізде үдеу кезінде тұрақты аймақтық түтікке MA = 1 бола алмайсыз.
Ағын жұлдыру кезінде Sonic жағдайына жеткенде, аудандық жылдамдық қатынасы түбегейлі өзгеріске ұшырайды. MA> 1, $ (MA ^ 2 - 1) $ термині оң әсер етеді. Қазір одан әрі жеделдету аймақты ұлғайтуды, төмендемейді. Сондықтан зымыранның саңылаулары мен супероникалық жел туннельдері конвергентті-дивергенді геометрияны саңылауларды пайдаланады.
Қарапайым конвергентті саптамада немесе кескіш тақтайшада ағын шығатын ұшақта Sonic жылдамдығына жетеді, бірақ ол MA = 1-ден асып кетуі мүмкін, себебі ол дивергентті бөлім жоқ. Сұйықтық дыбыстық жылдамдықпен және сыни қысыммен шығады, содан кейін тегін ағындарда сыртқы кеңеюден өтеді. Бұл сыртқы кеңею көбінесе зымыран сорғышта көрінетін шок гауһарларын жасайды, егер шығу қысымы қоршаған ортаның қысымынан асып кетсе.
Газ және сұйықтық: екі түрлі тұншықтыру механизмі
Тұншығу ағындары газдар мен сұйықтықтар арасында түбегейлі ерекшеленеді. Газды тұншықтыруы Sonic жылдамдығы бойынша жылдамдықты шектеуден туындайды. Сұйық тұншығу, алайда, фазалық өзгерістерден және екі фазалы қоспаларды күрт өзгертілген дыбыстық қасиеттермен қалыптастыру.
Газдар үшін механизм жоғарыда сипатталған сығылатын ағынды физиканы ұстанады. Қысым төмендеуі және жылдамдық ағындық жолмен жоғарылаған сайын, тығыздық пропорционалды түрде төмендейді. Дыбыстық жылдамдық азаятын кезде жылдамдықтың өсу әсері (адиабатикалық кеңеюдің температурасы)
Сұйықтық басқаша өзін-өзі ұстайды, өйткені олар қалыпты жағдайда, олар өте нашарлайды. Таза сұйық суы 20 ° C-тан, шамамен 1500 м / с, құбыр жүйелеріндегі типтік жылдамдықтардан әлдеқайда жоғары. Алайда, сұйықтықтың булануынан төмен, кавитация немесе жыпылықтаған кезде жергілікті қысым төмендеген кезде.
Кавитация булар бумен көпіршіктер төмен қысымды аймақтарда пайда болған кезде пайда болады, бірақ содан кейін қысым қалпына келтірілген кезде құлап кетеді. Көпіршікті көпіршіктегі құлдырау шу шығарады және клапандарды және құбырдың қабырғаларын жоя алады. Қысым будың қысымынан төмен болған кезде пайда болады, ал көпіршіктердің өсуіне мүмкіндік береді. Сұйық екі фазалы қоспаға айналады.
Екі фазалы қоспалар таза сұйықтықтан немесе таза будан әлдеқайда төмен. 50% уытылған фракциялық су-буға арналған қоспасы 20 м / с-тан төмен, шамамен 20 м / с, шамамен екі тапсырыс таза судан төмен болуы мүмкін. Бұл Sonic жылдамдығының түбегейлі төмендеуі екі фазалы қоспаны оңай-жотас, бұлыңғыр шарттарға жетеді, бұл тұншықтырады.
Сұйықтықтардың тұншығу жағдайы келесі жағдайларда пайда болады:
Тұншақталған ағынның негізгі себебі қозғалмалы сұйықтық арқылы қысымның бұзылуын қалай жүзеге асырады? Сұйықтық жылдамдығы жергілікті дыбыс жылдамдығына жеткенде, әдетте ағынды ағынға әсер етуге мүмкіндік беретін физикалық механизм толығымен бұзылады.
Тұншығуды тудыратын нақты факторлар
Бірнеше практикалық жағдайлар өндірістік жүйелерде қалай ағып кетуге себеп болатынын анықтайды. Теориялық маңызды қысым коэффициентінен тыс, инженерлер нақты газдың мінез-құлқын, температураның әсері және құбырлардың конфигурациясы қаншалықты әсер етуі керек деп санауы керек.
- Жоғары қысымды коэффициент:Үлкен қысымды дифференциалдармен кез-келген жүйе тұншығу қаупі бар. Табиғи газды беру және бу шығару станциялары критикалық қысым коэффициенттерінен оңай асады.
- Температура әсерлері:Нақты жылу коэффициенті $ \\ GAMMA $ температурамен әр түрлі болады. Бу үшін $ \\ GAMMA $ ZERTHEAT-дан едәуір қарама-қарсы толықтай өзгереді, бұл тұншығу шегіне әсер етеді.
- Сығымдық фактордың ауытқулары:Жоғары қысымды экспонаттардағы нақты газдар сығымдау факторлары (z) бірліктен өзгеше. Z факторларын елемеу сыйымдылықты бағалауға 15-30% -ға әкелуі мүмкін.
Жалпы қосымшаларда тұншығу триггерлері
Крәндік:xt факторы, γ мәні (P₂ / P₁ <0.5)
Крәндік:Қысымды vs. артта қалдырыңыз
Крәндік:Бета қатынасы жоғары δP
Крәндік:Қанықтылық шарттары (Flash
Өндірістік салдары және шешімдері
Ағынды қалай тоқтатуға болатынын түсіну, бұл жүйенің дизайнын, жабдықты өлшеу және пайдалану ақаулықтарын жою. Инженерлер финалдық физикаға қарсы тұрудан гөрі тұншығу жағдайлары мен дизайнын мойындауы керек.
Бақылау клапанының өлшемі:ISA 75.01 стандарт клапаны таңдауда тұншықтырылған ағынмен қалай өңдеу керектігін анықтайды. Қысым төмендеу коэффициенті $ x_t $ белгілі бір клапан геометриясы тұншығып кеткен кезде сипаттайды. Тұтқалы шарттарға жеткеннен кейін клапанның габариттерін ұлғайту арқылы ағынды ұлғайту әрекеті ақша қалдықтарын қалады, өйткені ағын клапанның сыйымдылығы емес, жоғары қысыммен және температурамен шектелген.
3-8 мкм (Реттелетін)Ағынды тұншықтырғанда, алынған дыбыстық жылдамдықтар мен соққы құрылымдары қарқынды аэродинамикалық шу шығарады. Негізгі шешім көп сатылы қысымды төмендетуді қамтиды. Жалғыз 100: 1 қысымның төмендеуінен гөрі, бірқатар кезеңдер әр сахнада болады.
Зымыранды қозғайтын жүйелер:Тұншығу шектеулерді білдіретін өндірістік қосымшалардан айырмашылығы, зымыран қозғалтқыштары тұншықтырылған ағындарды әдейі жасайды және пайдаланады. Тамаққа тұншықтырылған ағындарды ұстау арқылы саптама жылу энергиясын кинетикалық энергияға тиімді түрлендіре алады.
Тұтқынға ағып кетудің негізгі жауабы қозғалмалы сұйықтықтарда ақпарат тарату физикасына түседі.
Жоғары қысымды тамшылармен жұмыс жасайтын инженерлер олардың жүйесінің тұншығу режимінде жұмыс істейтіндігін тексеруі керек. Танымал мөлшерлеуді тану және дұрыс есептеу, сондай-ақ ағынның жағдайын дұрыс есепке алу құзыретті сұйықтықты дизайнды қымбат және қауіпті жұмыстардан бөледі.
