ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Принципы моделирования течений, характерных для элементов пневмоники из "Теория элементов пневмоники " Размеры сечений каналов натурных элементов пневмоники часто не превышают десятых долей миллиметра. Поэтому желательно, чтобы соответствующие размеры моделей были по крайней мере в десятки раз большими. Сначала разберем условия моделирования течений при постоянстве Re =l v/v, когда для модели и натурного элемента используются одинаковые рабочие среды, и принимается v = onst. Тогда, как следует из определения Re, для обеспечения в обоих случаях Re = onst с увеличением определяющего размера / скорость течения v должна уменьшаться во столько раз, во сколько раз возрастает величина I. Примем, что перепады давлений бр для каналов, течение в которых турбулентное, пропорциональны величинам (см. 23), и примем, что, так же как и бр, меняются давления питания элемента ро. [c.442] Для элементов пневмоники представляет интерес воспроизведение условий их работы с помощью моделей, в которых в качестве рабочей среды используются жидкости, обычно вода. При этом подкрашиванием струй или внесением в поток взвешенных частиц легко визуализировать течения, не. применяя сложной аппаратуры, описанной в 45. Для того чтобы при переходе от натурного элемента к модели Re == onst, необходимо, чтобы при изменении /, v и р величина ро изменялась, как v pjl . При переходе от воздуха к воде v уменьшается в 15 раз и р увеличивается в 820 раз (если натурный элемент работает при среднем давлении воздуха и при температуре, отвечающих нормальным атмосферным условиям). При переходе от работы на воздухе к работе на воде величина ро в этих условиях сохра-няет постоянное значение при увеличении размеров модели (по сравнению с размерами натурного элемента) лишь в 1,65 раза. Если отношение указанных размеров равно 10, то ро для модели должно быть взято меньшим, чем для натурного элемента в 36 раз, а при отношении этих размеров, равном 50, для сохранения Re = onst, величина ро должна быть уменьшена при моделировании уже более чем в 900 раз. Практически это оказывается невозможным. [c.443] Во многих случаях для элементов пневмоники существенны не только установившиеся режимы работ, но также имеют значение и условия протекания переходных процессов. При этом наряду с ранее указанными критериями подобия должно обеспечиваться постоянство числа Струхаля St где t — время протекания процесса, а v и I имеют те же значения, что и раньше (см. 52). [c.443] Кроме затруднений, связанных с необходимостью испытания моделей при очень малых ро, при моделировании течений в элементах пневмоники возникают также и другие трудности, о которых будет сказано дальше. [c.444] Для свободных турбулентных струй, рассмотренных в 7, характерны автомодельные течения при изменении в широком диапазоне режимов работы геометрия струи и характеристики относительного изменения скорости течения в различных ее сечениях не меняются как бы ни менялись при этом величины Re и М (при М 1). При испытаниях моделей элементов, для которых основной является эта форма течения, можно, соблюдая геометрическое подобие модели и элемента, произвольно менять размеры сечения канала питания и устанавливать любые значения ро. При этом не имеют смысла приведенные в п. 2 соображения, касающиеся обеспечения Re = onst или М = onst. Однако и для элементов этого типа при моделировании переходных процессов должно обеспечиваться соответствующим выбором масштаба времени постоянство числа St. [c.444] В струйных элементах, работающих с отрывом потока от стенки, характеристики пристеночных течений существенно зависят от величины Re характеристики же центральной части струи и всей струи в целом, если она отрывается от стенки, от Re не зависят. В этих условиях решение вопроса о возможности воспроизведения характеристик течения на моделях в каждом случае требует специального исследования. [c.444] В 7 и 19 было отмечено, что в некоторых типах струйных элементов начинают использоваться струйные течения, которые приближенно могут быть представлены как течения струй идеальной жидкости. В 12 было отмечено, что иногда начальная стадия смешения струй в камерах струйных элементов может рассматриваться как взаимодействие потоков идеальной жидкости. Во всех этих случаях несущественно действие сил вязкого трения, и, следовательно, не имеет смысла использование величины Ре как критерия подобия течений. [c.445] Из сказанного следует, что вопросы моделирования течений в элементах пневмоники не могут решаться единообразно для любых элементов. В каждом конкретном случае нужно иметь в виду истинные условия работы данного элемента. Иначе выводы, которые делаются на основании испытаний модели, могут оказаться ошибочными. [c.445] ДЛЯ свободной турбулентной струи при этом, возможно, в пристеночных областях воздух течет так, что определяющими для течений являются значения Ре. При решении вопросов, связанных с использованием в рассматриваемой области электропневматических аналогий, нужно иметь в виду и то, что для струйных элементов существенны не только абсолютные величины скорости в каждой данной точке потока, но имеет значение и направление векторов скорости. Упрощенными электрическими моделями струйных элементов это не учитывается. [c.446] При выводе в 42 дифференциальных уравнений, которыми описываются процессы распространения волн в каналах, было показано, что такими же по форме являются и дифференциальные уравнения электрических линий. Однако, как следует из полученных при этом данных, такие электрические величины, как омическое сопротивление, индуктивность и емкость не имеют для пневматических каналов простых физических аналогов первая из этих величин при переходе к пневматическому каналу представляется как функция динамического коэффициента вязкости среды и площади сечения канала, вторая — как функция плотности среды и площади сечения канала, третья зависит от этих двух последних величин и от скорости звука в данной среде. [c.446] Поэтому, хотя в работе [27] и приводятся данные о совпадении расчетных характеристик, полученных для электрической модели струйного элемента, с опытными данными, огносящи-мнся к испытывавшемуся элементу, возможность распространения предложенной в этой работе методики расчета на другие струйные элементы требует обсуждения. В частности, если учесть выводы, сделанные в главе ХП1, представляется спорной предлагаемая авторами указанной работы методика определения времени передачи сигналов по каналам струйного элемента, при которой это время находится делением длины канала на сумму скорости течения и скорости звука ). [c.446] Опытные точки относятся к следующим значениям Не Д-.0 — 5630, --8500, X —8700. [c.447] В данном случае изменение Ре в указанных пределах не оказало влияния на рассматриваемые характеристики струйного элемента. [c.447] За последнее время при разработке и исследовании струйных элементов пневмоники начинают использоваться водяные модели очень больших размеров, на которых характеристики течений наблюдаются с помощью примешивания к воде взвешенных частиц или при подкрашивании струй [49]. При проведении опытов на таких моделях также нужно учитывать особенности течений в натурных элементах различных типов и с большой осторожностью подходить к истолкованию и тем более обобщению опытных данных, получаемых при моделировании. [c.447] Считается в последнем случае, что установившиеся режимы работы элементов подобны (подобны элементы, работающие в соответствующих режимах), если только элементы работают с одинаковыми коэффициентами усиления (подробнее см. [10]). Элементы подобны по своим динамическим свойствам, если при испытании их описанными в 46 способами получаются одинаковые характеристики изменения относительных величин в переходном процессе при единичном ступенчатом изменении входного сигнала или идентичны частотные характеристики. Если исходные статические характеристики нелинейны, то для подобия элементов эти характеристики, построенные в относительных координатах, должны быть одинаковыми. [c.448] При таком подходе к определению подобия режимов работы элементов вопросы моделирования сводятся к исследованию того, что специалисты в области автоматического управления называют черным ящиком . Проводятся статические и динамические испытания натурного элемента и определяются для него указанные выше характеристики. Любое устройство электрическое, гидравлическое или иное, обладающее теми же характеристиками, при указанном определении подобия, является моделью рассматриваемого элемента. [c.448] Составив по данным испытаний натурного элемента уравнения, которыми описываются его характеристики (см. 46 и [10]), можно набрать на электрической модели схему, воспроизводящую процессы, отвечающие данным уравнениям, и затем более детально исследовать работу элемента на этой модели, если почему-либо это удобнее сделать, чем при дальнейших испытаниях самого элемента или пневматической его модели. [c.448] Для области пневмоники актуальны одни и другие задачи моделирования. С одной стороны, представляется важным изучение на моделях течений рабочей среды в элементах, так как оно позволяет рациональным способом строить элементы с другой стороны, важны, как отмечалось, внешние характеристики эле.ментов, получаемые в результате взаимодействия потоков, представляемые, однако, в форме, обычной для элементов систем автоматического управления. [c.449] Вернуться к основной статье