понедельник, 11 июня 2018 г.

Расчет сопла установки газодинамического напыления


Вначале проанализируем геометрию сопла по формулам расчета соплового канала. 







fmin - площадь минимального сечения, м
f1 -  площадь выходного сечения,  м
РО  - Давление газа на входе в сопло. Например для установки Димет-405 давление РО составит около 8 атм (800 000 Па)
P1  - Давление газа за соплом 1 атм (100 000 Па)
G – массовый расход газа через сечение канала, кг/с.
Для установки Димет-405 объемный расход составляет 450 л/мин. При плотности воздуха 1,2 кг/м3  массовый расход составляет 0,009 кг/с
K – показатель адиабаты (коэффициент Пуассона). Для сухого воздуха K=1,4
a  - угол расширения берётся не более 12О
скр и с1 – скорости истечения в сечениях сопла, м/с;
vкр и v1 – удельные объемы воздуха в сечениях сопла, м3/кг. 
v- удельный объем воздуха 0,83 м3/кг при нормальных условиях



Тогда, при вычислениях получим: 
εкр = 0,527; 
Pкр = 800 000 х 0,527 = 421 600 Па;
vкр = 1,31 м3/кг
скр = 880 м/с 
Следовательно fmin = 0,009х1,31 880 = 1,34х10-5 м2 =13,4 мм2  (диаметр 4,13 мм)
Далее, 
ε= 0,125
с= 1443 м/с  !?
v1 = 3,66 м3/кг
Следовательно f= 0,009х3,66/1443= 2,28=х10-5 м=22,8 мм (диаметр 5,4 мм)

Полученные расчетные значения диаметров рассчитаны приблизительно, так как значения в формулах могут быть разными при разных температурах. Например удельный объем воздуха 0,83 м3/кг определен при нормальных условиях. При температуре 600О это значение будет 2,5 м3/кг. 

Еще одним приблизительным критерием анализа геометрии сопла может служить расчет диаметра сопла при котором возникает скорость звука, так как при газодинамическом напылении необходимо достичь сверхзвуковых скоростей. 
Например при расходе в 450 л/мин (27  м3) при диаметре в 5.2 мм скорость потока воздуха составит 353 м/с (скорость звука при нормальных условиях 343 м/с). При значении диаметра 4,13 мм вычисленном ранее по формулам расчета соплового канала скорость звука при том же расходе в 450 л/мин составит 560 м/с, что соответствует скорости звука при температуре воздуха 500О 

После оценки порядка значений геометрии соплового канала проведем анализ в Solidworks Flow Simulation. 
Как показывает анализ, при температуре 500О С,  давлении 8 атм., и диаметре прямого сопла 7 мм образуется небольшая зона сверхзвуковых скоростей (при температуре 500О  скорость звука в воздухе составляет 557 м/с)  

 Для увеличения зоны сверхзвуковых скоростей выполним перед соплом диаметром 7 мм сужающуюся часть диаметром 5,5 мм с углом сужения 12О

Как видно зона сверхзвуковых скоростей немного увеличилась. 
Теперь, после определения значений диаметров при которых возникает сверхзвуковые скорости воздуха достаточные для работы газодинамической установки, проведем анализ для значений вычисленных ранее по формулам расчета соплового канала.
Как видно при расчетных значениях по формулам расчета соплового канала наблюдается устойчивая зона сверхзвуковых скоростей порядка 700-1000 м/с (около 1,5...2М). При этом при расчете с помощью Solidworks Flow Simulation не достигается расчетная скорость с1=1443 м/с за соплом. Но скоростей в 700-1000 м/с вполне достаточно для обеспечения работы установки газодинамического напыления. 

















Комментариев нет:

Отправить комментарий