Nature.com сайтына кергәнегез өчен рәхмәт. Сез кулланган браузер версиясе CSS өчен чикләнгән ярдәмгә ия. Иң яхшы тәҗрибә өчен без яңартылган браузерны кулланырга киңәш итәбез (яки Internet Explorer'та яраклашу режимын сүндерегез). Шул ук вакытта, ярдәмне дәвам итәр өчен, без сайтны стильләр һәм JavaScriptсыз күрсәтәчәкбез.
Тәҗрибәләр дүрт сызыклы цилиндрик чыбыкларның аркылы сызыклары белән блокланган турыпочмаклы каналда үткәрелде. Centerзәк таяк өслегендәге басым һәм канал аша басым төшүе таякның омтылыш почмагын үзгәртеп үлчәнде. Өч төрле диаметрлы таяк җыюлары сынадылар. Measлчәү нәтиҗәләре моментны саклау принцибы ярдәмендә анализлана. Төрле урыннарда басымны характерлаучы күпчелек Эйлер саннары өчен тотыла, яисә басым тизлекнең нормаль проекциясен кулланып үлчәмсез булса, комплект төшү почмагыннан бәйсез.Нәтиҗә ясалган ярым-эмпирик корреляция охшаш гидротехниканы проектлау өчен кулланылырга мөмкин.
Күпчелек җылылык һәм масса тапшыру җайланмалары модульләр, каналлар яки күзәнәкләр җыелмасыннан тора, алар аша сыеклыклар таяклар, буферлар, кыстыргычлар кебек катлаулы эчке структураларда узалар. Күптән түгел эчке басымны бүлү механизмнарын яхшырак аңлау кызыксыну артты, модульнең гомуми басым төшүе, инновацияләр. Приборларның эчке бүленеше һәм югалтуларының соңгы эксперименталь тикшеренүләре төрле формадагы кабыргалар белән кырылган каналларны, электрохимик реактор күзәнәкләрен 2, капиллярлы конструкция 3 һәм такталар рамкаларын үз эченә ала.
Иң еш очрый торган эчке структуралар - бәйләнгән яки изоляцияләнгән берәмлек модуллары аша бәхәсләшеп цилиндрик чыбыклар. Heatылылык алмаштыргычларда бу конфигурация кабык ягында типик. Барлык ягулык басымы төшүе пар генераторлары, конденсаторлар һәм парга әйләндергеч кебек җылылык алмаштыргычлары дизайны белән бәйле. Күптән түгел үткәрелгән тикшерүдә Ван һ.б.Таякларның тандем конфигурациясендә 5 реаттахм һәм кушылу агымы табылды. Лиу һ.б.
Көтелгәнчә, цилиндр банкының гидротехник эшенә йогынты ясаучы берничә конфигурация факторы бар: аранжировка төре (мәсәлән, дулкынланган яки линия), чагыштырма үлчәмнәр (мәсәлән, тишек, диаметр, озынлык), һәм омтылыш почмагы. Кайбер авторлар геометрик параметрларның берләштерелгән эффектларын алу өчен конструкцияләрне үлчәмсез критерийлар эзләүгә юнәлттеләр. Күптән түгел үткәрелгән эксперименталь тикшерүдә Ким һ.б.7 тандем һәм дулкынланган массивлар һәм Рейнольдс номерларын кулланып, берәмлек күзәнәгенең озынлыгын контроль параметры итеп кулланып, эффектив күзәнәк моделен тәкъдим иттеләр.9 һава басымында цилиндрик таяк тирәсендә стена басымын таратуны өйрәнде. Митяков һ.б.10 тизлек кырын PIV.Alam стерео ярдәмендә селтелгән цилиндрдан соң планлаштырды.11 тандем цилиндрларын комплекслы өйрәнү үткәрде, Рейнольдс санының һәм геометрик коэффициентның вортекс түгүенә тәэсиренә игътибар иттеләр. Алар биш дәүләтне ачыклый алдылар, блоклау, арада ябу, ябу юк, субхармоник блоклау һәм кыру катламы реаттахменты. Соңгы санлы тикшеренүләр чикләнгән вортекс цилиндрлары формалашуына күрсәттеләр.
Гомумән алганда, берәмлек күзәнәгенең гидротехник эшләнеше эчке структураның конфигурациясенә һәм геометриясенә бәйле булыр дип көтелә, гадәттә махсус эксперименталь үлчәүләрнең эмпирик корреляцияләре белән бәяләнә. Периодик компонентлардан торган күпчелек җайланмаларда агым үрнәкләре һәр күзәнәктә кабатлана, һәм шулай итеп, вәкиллекле күзәнәкләр белән бәйле мәгълүмат структураның гомуми гидротехник тәртибен чагылдыру өчен кулланыла. боз тәлинкәсе 15. Махсус омтылышларда, чикләнгән яки ачык агымда булса да, әдәбиятта еш китерелгән һәм дизайнерлар кулланган кызыклы критерий доминант гидротехник зурлык (мәсәлән, басым төшүе, көч, вортекс түгү ешлыгы һ.б.) контактка керү өчен. бу критерийның дөреслеге диапазонында әдәбиятта консенсус булмаса да, күп очракта ул эмпирик корреляциягә хас булган эксперименталь билгесезлекләр эчендә файдалы бәяләр бирә. Бәйсез принципның дөреслеге турында соңгы тикшеренүләр вортекс-индуктив тибрәнү16 һәм бер фазалы һәм ике фазалы уртача тарту417.
Хәзерге эштә дүрт басымлы цилиндрик чыбыкларның аркылы сызыгы булган каналдагы эчке басымны һәм басым төшүен өйрәнү нәтиҗәләре тәкъдим ителә. Төрле диаметрлы өч таяк ассамблеясын үлчәгез, омтылыш почмагын үзгәртегез. Гомуми максат - таяк өслегендәге басым бүленеше каналның гомуми басым төшүе белән бәйле. Эксперименталь мәгълүмат. үлчәмсез ярым-эмпирик корреляцияләр барлыкка килә, алар охшаш гидротехник җайланмаларны проектлау өчен кулланыла ала.
Эксперименталь көйләү турыпочмаклы сынау бүлегеннән торды, ул аксыл җылыткыч белән тәэмин ителгән һава агымын алды. Тест бүлегендә параллель үзәк таяклардан һәм канал диварларына урнаштырылган ике ярым таяктан торган берәмлек бар, 1e рәсемдә күрсәтелгәнчә, бер үк диаметр.
Керү бүлеге (озынлыгы мм). Openscad 2021.01 ярдәмендә b ясагыз, opencad.org. Төп сынау бүлеге (озынлыгы мм). Openscad 2021.01 белән ясалган, opencad.org c Төп сынау бүлегенең кисемтә күренеше (мм озынлыгы). Opencad.org тест бүлегенең искиткеч күренеше e. Openscad 2021.01 белән ясалган, opencad.org.
Төрле диаметрлы өч комплект сынадылар. 1 таблицада һәр очракның геометрик үзенчәлекләре күрсәтелгән. Таяклар протракторга куелган, аларның агым юнәлешенә карата почмагы 90 ° белән 30 ° арасында булырга мөмкин (1б һәм 3 нче рәсемнәр) .Бары таяклар дат басмас корычтан эшләнгән һәм алар арасындагы бер үк аерма арасын саклап калу өчен.
Сынау бүлегенең керү агымы 2-нче рәсемдә күрсәтелгәнчә калибрланган вентури белән үлчәнде, һәм DP Cell Honeywell SCX ярдәмендә мониторинг ителде. Сынау бүлегенең сыеклык температурасы PT100 термометры белән үлчәнде һәм 45 ± 1 ° C температурада контрольдә тотылды. соңгы экран һәм таяк, һәм чыгу озынлыгы 11 гидротехник иде.
Вентури трубасының схематик схемасы керү агымының тизлеген үлчәү өчен кулланыла (озынлыгы миллиметр). Openscad 2021.01 белән ясалган, opencad.org.
Сынау бүлегенең урта яссылыгында 0,5 мм басым кран ярдәмендә үзәк таякның бер йөзендәге басымны күзәтегез. Кранның диаметры 5 ° почмак арасына туры килә;Шуңа күрә почмак төгәллеге якынча 2 °. Мониторинг таягы үз күчәрендә әйләнергә мөмкин, 3 нче рәсемдә күрсәтелгәнчә, таяк өслеге басымы белән сынау бүлегенә керү басымы арасындагы аерма дифференциаль DP Cell Honeywell SCX сериясе белән үлчәнә. Бу басым аермасы һәр бар аранжировкасы өчен үлчәнә, төрле агым тизлеге, омтылыш почмагы \ (\ альфа \) һәм азимут почмагы \ (\ альфа).
Агым көйләнмәләре. Канал диварлары соры төстә күрсәтелә. Агым сулдан уңга агып тора һәм таяк белән блоклана. "А" күренешен таяк күчәренә перпендикуляр дип атыйлар. Тышкы чыбыклар канал диварларына ярым урнаштырылган. Протрактор омтылыш почмагын үлчәү өчен кулланыла \ (\ alfa \). Openscad 2021.01 белән ачылган.
Экспериментның максаты - канал кертүләре һәм үзәк таяк өслегендәге басым төшүен үлчәү һәм аңлату, \
монда \ (\ rho \) - сыеклык тыгызлыгы, \ ({u} _ {i} \) - уртача керү тизлеге, \ ({p} _ {i} \) - керү басымы, һәм \ ({p} _ {w} \) - таяк диварындагы басым. Керү тизлеге \ каналның ачылышы белән билгеләнгән өч төрле диапазонда. {u} _ {i} H / \ nu \) (монда \ (H \) - каналның биеклеге, һәм \ (\ nu \) - кинематик ябышлык) 40,000 белән 67,000 арасында. Рейнольдс таягы саны (\ (Re \ equiv {u} _ {i} d / \ nu \)) 2500 дән 6500гә кадәр.
4 нче рәсемдә \ ({Eu} _ {w} \) азимут почмагы белән корреляция күрсәтелгән, \ (\ alfa \) = 30 °, 50 ° һәм 70 °. Measurementsлчәүләр таяк диаметры буенча өч графикка бүленәләр. Эксперимент билгесезлеге буенча алынган Эйлер тенденциясе агымы тизлегеннән бәйсез. le. Агымга караган почмакларда, ягъни θ 0 дән 90 ° ка кадәр, таяк стенасы басымы кими, минимум 90 ° ка җитә, бу агым өлкәсенең чикләнеше аркасында тизлек иң зур булган таяклар арасындагы аермага туры килә. Соңыннан, басымның торгызылуы 90 ° дан 100 ° га кадәр, аннан соң басым бер тигез булып кала, ул арткы дивар катламының аерылуы аркасында була. Coanda эффектлары буларак, икенчел.
Төрле омтылыш почмаклары һәм таяк диаметрлары өчен таяк тирәсендәге Эйлер санының төрләнеше. Gnuplot 5.4, www.gnuplot.info белән ясалган.
Түбәндә, без нәтиҗәләрне анализлыйбыз, Эйлер саннарын геометрик параметрлар белән генә бәяләп була, ягъни үзенчәлек озынлыгы \ (d / g \) һәм \ (d / H \) (монда \ (H \) канал биеклеге) һәм омтылыш \ (\ альфа \). } _ {i} \ mathrm {sin} \ alfa \) .Бу кайвакыт бәйсезлек принцибы дип атала. Түбәндәге анализның бер максаты - бу принцип безнең очракка кагыламы, агым һәм киртәләр ябык каналлар эчендә чикләнгән.
Урта таяк өслегендә үлчәнгән басымны карыйк, ягъни θ = 0. Бернулли тигезләмәсе буенча, бу позициядәге басым \ ({p} _ {o} \) канәгатьләндерә:
монда \ ({u} _ {o} \) θ = 0 таяк стенасы янындагы сыеклык тизлеге, һәм без чагыштырмача кечкенә кире кайтарылмый торган югалтулар дип уйлыйбыз. Динамик басым кинетик энергия терминында мөстәкыйль булуын искәртегез. Әгәр \ ({u} _ {o} \) буш булса (ягъни туктаган хәл), Эйлер саннары бердәм булырга тиеш. бу кыйммәткә якын, ләкин тулысынча тигез түгел, бигрәк тә зуррак почмаклар өчен. Бу таяк өслегендәге тизлекнең \ (\ theta = 0 \) юкка чыкмавын күрсәтә, бу таяк тишеге белән барлыкка килгән агым сызыкларының өске дефлекциясе белән кысылырга мөмкин. Агым сынау өлешенең өске һәм аскы өлешендә чикләнгән, бу тизлек тизлекне арттырып, тизлекне арттыра. валдагы керү тизлегенең проекциясе (ягъни \ ({u} _ {i} \ mathrm {cos} \ alfa \)), тиешле Эйлер саны нәтиҗәсе:
5 нче рәсем тигезләмәләрне чагыштыра. \. Чикләүне таяк күчәренә перпендикуляр блок итеп карасак, таякның алгы һәм арткы арасындагы басым төшүе 18 дип язылырга мөмкин:
монда \ ({c} _ {d} \) - θ = 90 ° һәм θ = 180 ° арасындагы өлешчә басым торгызуны аңлатучы тарту коэффициенты, һәм \ ({A} _ {m} \) һәм \ ({A} _ {f} \) таяк күчәренә перпендикуляр берәмлек озынлыгы өчен минималь ирекле кисемтә, һәм таяк диаметры белән бәйләнеше (({A} _ {f} /}) улер саннары:
Дивар Эйлер саны \ (\ theta = 0 \) dip функциясе буларак. Бу сызык тигезләмәгә туры килә. (3). Gnuplot 5.4, www.gnuplot.info белән ясалган.
Wall Euler саны үзгәрә, \ (\ theta = 18 {0} ^ {o} \) (тулы билге) һәм чыгу (буш билге) белән. Бу кәкреләр бәйсезлек принцибына туры килә, ягъни \ (Eu \ propto {\ mathrm {sin}} ^ {2} \ alpha \). Gnuplot 5.4, www.gnuplot.info белән ясалган.
7 нче рәсемдә \ ({Eu} _ {0-180} / {\ mathrm {sin}} ^ {2} \ alfa \) \ (d / g \) бәйләнеше күрсәтелә, бу бик яхшы эзлеклелекне күрсәтә. штрих һәм канал чыгу арасындагы арткы киңлектә басым торгызуны исәпкә алган төрле коэффициентлар. Тиешле тарту коэффициенты ышаныч дәрәҗәсе 67% булган \ ({c} _ {d} = 1.00 \ pm 0.05 \).
Сөйләү коэффициенты таякның \ (d / g \) басым төшүе белән (\ сул ({Eu} _ {0-180} \ уң) \) һәм канал керү һәм чыгу арасындагы басымның гомуми төшүе белән бәйле. Соры мәйдан корреляция өчен 67% ышаныч полосасы. Gnuplot 5.4, www.gnuplot.info белән ясалган.
= = 90 ° таяк өслегендә минималь басым \ ({p} _ {90} \) махсус эшкәртү таләп итә. Бернулли тигезләмәсе буенча, хәзерге сызык буенча барлар арасындагы аерма аша, үзәктәге басым \ ({p} _ {g} \) һәм тизлек \ ({u} _ {g} \) барлар арасындагы аерма (каналның урта ноктасына туры килә).
Басым \ ({p} _ {g} \) таяк өслеге басымы белән θ = 90 ° тәэсирендә булырга мөмкин, басымны бүлүне үзәк таякны урта нокта белән дивар арасындагы аермага аерып (8 нче рәсемне кара).Көч балансы 19 бирә:
монда \ (y \) үзәк таяклар арасындагы аерманың үзәк ноктасыннан таяк өслегенә нормаль координаталар, һәм \ (K \) - агымдагы сызыкның кәкрелеге \ (y \). Таяк өслегендәге басымны аналитик бәяләү өчен, без (({u} _ {g} \) бертөрле һәм \ (K \ сул (y \ уң) \ саннар сызыгы булган. таякның эллипс бүлеге белән билгеләнә \ (\ альфа \), ягъни \ (K \ сул (g / 2 \ уң) = \ сул (2 / d \ уң) {\ mathrm {sin}} ^ {2} \ alfa \)
Кроссекцион күренеш, алгы (сулда) һәм өстә (аста). Microsoft Word 2019 белән ясалган,
Икенче яктан, массаны саклап, үлчәү урынындагы агымга перпендикуляр яссылыктагы уртача тизлек \ (\ langle {u} _ {g} \ rangle \) керү тизлеге белән бәйле:
монда \ ({A} _ {i} \) - канал кертүендәге кисемтәләр агымы һәм \ ({A} _ {g} \) - үлчәү урынында кисемтәләр агымы (8 нче рәсемне кара):
Игътибар итегез: \ ({u} _ {g} \) \ (\ langle {u} _ {g} \ rangle \) белән тигез түгел. Чынлыкта, 9-нчы рәсемдә тизлек коэффициенты сурәтләнә \ ({u} _ {g} / \ langle {u} _ {g} \ rangle \), тигезләмә белән исәпләнә, (/), тигезлек буенча исәпләнә, (d). күпхатынлы:
Канал үзәгенең кисемтәсенең максималь \ ({u} _ {g} \) һәм уртача \ (\ langle {u} _ {g} \ rangle \) нисбәте \ (. \) Каты һәм сызылган кәкре тигезләмәләргә туры килә. (5) һәм тиешле коэффициентларның үзгәрү диапазоны \ (\ pm 25 \% \).
10 нчы рәсем \ ({Eu} _ {90} \) тигезләмәнең эксперименталь нәтиҗәләре белән чагыштыра. (16). Уртача чагыштырма тайпылыш 25%, ышаныч дәрәҗәсе 95% иде.
Wall Euler саны \ (\ theta = {90} ^ {o} \). Бу сызык тигезләмәгә туры килә. (16). Gnuplot 5.4, www.gnuplot.info белән ясалган.
Аның күчәренә перпендикуляр үзәк таяк өстендә эшләүче чиста көч \ ({f} _ {n} \) таяк өслегендәге басымны түбәндәгечә интеграцияләп исәпләнә ала:
монда беренче коэффициент канал эчендә таяк озынлыгы, һәм интеграция 0 белән 2π арасында башкарыла.
Су агымы юнәлешендә \ ({f} _ {n} \) проекциясе каналның керү һәм чыгу арасындагы басымга туры килергә тиеш, таякка параллель сүрелү һәм соңрак бүлекнең тулы булмаган үсеше аркасында кечерәк булмаса, момент агымы тигезсез.Шуңа күрә
11 нче рәсемдә тигезләмәләр графигы күрсәтелгән. (20) барлык эксперимент шартлары өчен яхшы килешүне күрсәтте. Шулай да, уңда бераз 8% тайпылыш бар, аны канал кертү һәм чыгу арасындагы момент тигезсезлеген бәяләү өчен кулланырга мөмкин.
Канал көче балансы. Сызык тигезләмәгә туры килә. (20) .Пирсон корреляция коэффициенты 0,97 иде. Gnuplot 5.4, www.gnuplot.info белән ясалган.
Таякның омтылыш почмагын үзгәртеп, таяк өслегендәге дивардагы басым һәм дүрт сызыклы цилиндрик чыбыкларның аркылы сызыклары белән каналдагы басым төшүе үлчәнде. Өч төрле диаметрлы таяк җыюлары сынадылар. Сынап каралган Рейнольдс саны диапазонында, 2500 - 6500 арасында, Эйлер саны агымдагы тизлектән бәйсез, үзәк таяк өслегендәге басым, гадәти таяк артындагы максимум. чик катламын аеру аркасында.
Эксперименталь мәгълүматлар Эйлер саннарын каналларның һәм таякларның характеристик үлчәмнәре белән бәйләгән инвариант үлчәмсез саннарны табу өчен моментны саклау һәм ярым эмпирик бәяләү ярдәмендә анализлана. Блоклауның барлык геометрик үзенчәлекләре таяк диаметры һәм таяклар арасындагы аерма (вертикаль) белән күрсәтелә.
Бәйсезлек принцибы күпчелек урыннарда басымны характерлаучы Эйлер саннары өчен тотыла, ягъни басым тизлекнең нормаль проекциясен кулланып үлчәмсез булса, комплект чокыр почмагыннан бәйсез.Моннан тыш, үзенчәлек агымның массасы һәм моменты белән бәйле. Консервация тигезләмәләре эзлекле һәм югарыдагы эмпирик принципны хуплыйлар. Бары тик таяклар арасындагы аерма таяк өслеге басымы бу принциптан бераз читкә тайпыла. Диаметрсыз ярым-эмпирик корреляцияләр барлыкка килә, алар охшаш гидротехник җайланмалар проектлау өчен кулланыла ала.
Бигрәк тә кызыклы нәтиҗә сынау бүлегенең керү һәм чыгу арасындагы басым төшүен анализлаудан килә. Эксперименталь билгесезлек белән килеп чыккан тарту коэффициенты бердәмлеккә тигез, бу түбәндәге инвариант параметрларның булуын күрсәтә:
Тигезләмәнең аермасында \ (\ сул (d / g + 2 \ уң) d / g \) зурлыгына игътибар итегез. (23) - тигезләмәдәге кашаеның зурлыгы. 500 таяк өчен) .Бу игътибарга лаек, канал эчендә температура аермасы булса, ул сыеклык тыгызлыгына тәэсир итә ала. Бу очракта Эйлер санының чагыштырмача үзгәрүен җылылык киңәю коэффициентын көтелгән температура аермасына арттырып бәяләргә мөмкин.
Рак, С., Көхлер, С., Шлиндвейн, Г.
Ву, Л., Аренас, Л., Грейс, Дж., Һәм Уолш, Ф.Электрохимия. Социалистик партия.167, 043505 (2020).
Лю, С., Ду, X., Зенг, С.Бензин. Фән. Британия.196, 107635 (2021).