Стенд и оборудование для испытаний и измерений VIII

Serge77> У тебя на датчике электроника, значит нужно защищать. У меня пару раз были аварии движков, только скотч на датчике обгорел. После этого промыл, перекалибровал и всё.

Да фиг с электроникой, ЦП можно за три дня новую вытравить и собрать. Пластины испортились, передняя отпустилась, руками гнется.

А они из закаленной инструментальной стали, и их так геморройно обрабатывать, ведь сверел у меня хороших нет и не знаю, где достать.

Serge77> Очень мелкие капли будет сдувать сразу при выходе из форсунки. Слишком крупные капли пролетят сквозь выхлоп, отняв мало тепла. Значит где-то есть оптимум. Какой?

"Пролететь сквозь выхлоп" никакие капли не смогут - слишком большие ускорения, капли будут дробиться.
Надо смотреть на область, где струя уже хорошо смешалась с воздухом и скорость стала совсем дозвуковой.
Вот там как раз уже большой объём, в котором может быть много капель. И турбулентность большая, что полезно.
Вроде бы, чем меньше капли, тем лучше. Всё равно они могут попасть в контакт в выхлопом только двигаясь вместе с воздухом. Получается, что надо создавать воздух, насыщенный каплями, а он уже сам смешается с выхлопом и охладит его.

Планирую использовать FloWork, чтоб получить представление, как струя смешивается с воздухом. Но дальше планов пока не!

Мелкие капли не способны пролететь по инерции сколько-нибудь значительное расстояние.
Если капле придать скорость 9.81 v/c, то она пролетит до полной остановки путь, численно равный значению во второй колонке таблицы.
То есть, капля диаметром 10 микрон пролетит 3.2 мм.
Путь пропорционален начальной скорости:

s = k * v

При скорости 100 м/с эта капля пролетит 32 мм. И т.д.

---

Добрался до FloWork.
"Выкопал" колодец диаметром 0.8 метра и глубиной 8 метров. С запасом, значит.
На 0.4 метра ниже уровня земли поместил сопло, из которого дует струя холодного (комнатного) воздуха со скоростью 1500 м/с. Это соответствует движку с тягой 400 ньютон.
Картинка (400 кил), дно колодца справа, верх открыт:

Это последняя "фота", которая получилась перед тем, как прога захотела слишком много памяти и лопнула от обжорства. То есть, результат являести недоделкой, но выводы делать уже можно.

Первая картинка - компонента скорости вдоль оси (диапазон ± 0 м/с). Здесь интересна скорость обратного течения, которая максимальна на расстоянии 4 диаметров от верха. И мне, в процессе счёта, была видна тенденция, что это расстояние ещё несколько уменьшится.
То есть, остальные 50...60% глубины колодца "выкопаны" зря.

Вторая картинка - та же компонента скорости но с диапазоном ± 00 м/с. Видно, что струя изгибается. Чтобы произвести полезную турбуленцию!

Третья картинка - перпендикулярная к оси компонента скорости. Хорошо видно, что газ в струе периодически отклоняется в стороны. Здесь группа из пяти белых пятен - это то, что прога насчитала с новой сеткой, а три бОльших пятна левее - это отрыжка от счёта с более грубой сеткой. Если б прога не упала, они рассосались бы, турбулентность была бы более мелкая в размере.

Четвёртая - это интенсивность перехода кинетический энергии турбулентности в тепло (если я правильно понимаю). По-видимому, примерно в этой области струя наиболее интенсивно смешивается с окружающим воздухом и именно здесь можно ожидать наиболее интенсивного охлаждения газов капельками.

Для себя сделал вывод, что копать глубоко не надо (калибра четыре хватит), воду надо лить значительно ниже сопла, тогда поток воздуха капельки всё равно захватит и принесёт в область смешивания. Возможно, можно лить большими каплями прямо в струю выхлопа, чтоб она их дробила.
Выше сопла движение воздуха очень слабое, там делать мелкие капли бесполезно.

Ну, это всё про колодец с дном, когда воздух много раз мотается туда-сюда не вылетая наружу. Тут получается скорость внутри колодца порядка 50 м/с, а на срезе колодца поток на улицу имеет скорость всего около 2...3 м/с.

Если же делать прямоточную канаву, то скорость внутри будет ещё больше, а время контакта капель (эффективность охлаждения) в десятки раз меньше.
То есть, надо канаву на дальнем конце "душить". Дырку делать такую, чтоб получить на входе нулевую скорость, или небольшой присос, чтоб на датчики дым не попадал.

Ну и интуиция мне говорит, что не надо делать изгибы, перегородки и т.п. - не надо специально уменьшать турбулентность, она полезна.

Ну вот как-то так!

Красивые картинки. Знать бы, насколько это соответствует реальности...

Xan> "Пролететь сквозь выхлоп" никакие капли не смогут - слишком большие ускорения, капли будут дробиться.

Так нам и нужно дробление. Конечно прямо возле сопла никакие капли в струю не загнать, а вот немного дальше, когда скорость уже немного упала, тяжёлые капли должны дробиться. Наверно они даже будут засасываться в струю эжекцией.

Xan> Вроде бы, чем меньше капли, тем лучше. Всё равно они могут попасть в контакт в выхлопом только двигаясь вместе с воздухом. Получается, что надо создавать воздух, насыщенный каплями, а он уже сам смешается с выхлопом и охладит его.

А сколько по весу микрокапель воды может висеть в литре воздуха? Нам ведь нужен именно вес воды, а не просто визуальный туман. У меня в воздухе постоянно висит около 1 кг воды.

Xan> "Выкопал" колодец диаметром 0.8 метра и глубиной 8 метров.

Объём 4000 л. А объём выхлопа от 100г топлива - литров 100-200 максимум (немного остывшего). Зачем тут вообще вода? ;^)) Весь дым и так останется в колодце.

Xan> Если же делать прямоточную канаву, то скорость внутри будет ещё больше, а время контакта капель (эффективность охлаждения) в десятки раз меньше.

Да, часть дыма просто пролетает сквозь тоннель, явно ни с чем не смешавшись. Т.е. воздух и вода "обгрызают" струю по бокам, но не успевают сгрызть полностью, слишком быстро она летит. Вот поэтому я и хочу немного притормозить струю лёгким лабиринтом, чтобы повысить турбулентность и облегчить смешивание струи с воздухом.

Xan> То есть, надо канаву на дальнем конце "душить". Дырку делать такую, чтоб получить на входе нулевую скорость, или небольшой присос, чтоб на датчики дым не попадал.

Думал я про уменьшение выхода. Тут проблема в том, что для разного количества топлива нужен разный баланс входа/выхода, а как я его буду подбирать?

Xan> Ну и интуиция мне говорит, что не надо делать изгибы, перегородки и т.п. - не надо специально уменьшать турбулентность, она полезна.

Почему ты думаешь, что изгибы уменьшают турбулентность? Разве не увеличивают?

Xan>> "Выкопал" колодец диаметром 0.8 метра и глубиной 8 метров.
Serge77> Объём 4000 л. А объём выхлопа от 100г топлива - литров 100-200 максимум (немного остывшего). Зачем тут вообще вода?

Нет.
Если выхлоп охлаждается смешиванием с воздухом (без воды и стенок), то воздух расширяется и даёт почти 1.5 м3 на 100 граммов карамельки.

Ну а у меня мечты на 2...3 кг перхлоратного топлива!

Serge77> Да, часть дыма просто пролетает сквозь тоннель, явно ни с чем не смешавшись. Вот поэтому я и хочу немного притормозить струю лёгким лабиринтом, чтобы повысить турбулентность и облегчить смешивание струи с воздухом.

Вот как раз наоборот — надо не мешать крутиться газам в некотором объёме. Чем больше оборотов смесь сделает, тем лучше перемешается/охладится.

Serge77> Думал я про уменьшение выхода. Тут проблема в том, что для разного количества топлива нужен разный баланс входа/выхода, а как я его буду подбирать?

Нет.
Для любого двигателя картина движения газов будет подобная. Так что можно дырку подбирать просто дуя пылесосом.
Ну, не совсем так, там ещё от температуры есть зависимость, но небольшая.


Serge77> Почему ты думаешь, что изгибы уменьшают турбулентность? Разве не увеличивают?

Когда как.
Если есть приблизительно ламинарный поток, в котором энергия турбулентности гораздо меньше, чем его кинетическая энергия, то всякие кривые препятствия турбулентность увеличат, да.
Но если струя уже смешалась с воздухом (скорость уменьшилась с 2000 м/с до 200, например), то в этой смеси энергия турбулентности гораздо выше (на порядок) кинетической (если считать усреднённую скорость смеси). Препятствия, размер которых больше размера (характерной длины) турбулентности будут только бестолку рассеивать её энергию в тепло = уменьшать турбулентность = ухудшать смешивание.
А длина турбулентности всегда гораздо меньше размеров помещения.
Идеальна, с этой точки зрения, сферическая или эллиптическая полость - минимум потерь на трение о стенки.

То есть, надо позволить газу самому себя перемешивать, не лезть в процесс.


Serge77> А сколько по весу микрокапель воды может висеть в литре воздуха?

Как я понимаю (из пневмотранспортировки), можно загнать много, хоть десятки граммов на литр, но воздух станет тяжёлый и будет падать вниз ненамного медленнее камня.
То есть, это будет похоже на заполнение колодца жидкостью, которая, к тому же, быстро "впитывается" в дно (за счёт оседания капель).

Xan> Если выхлоп охлаждается смешиванием с воздухом (без воды и стенок), то воздух расширяется и даёт почти 1.5 м3 на 100 граммов карамельки.

Как ты считал? У меня получилось расширение около 200л (считая теплоёмкость всех веществ одинаковой).

Даже если и 1.5 куба, то выходить из колодца будет чистый воздух сверху, в то время как выхлоп будет улетать вниз.

Xan> Ну а у меня мечты на 2...3 кг перхлоратного топлива!

А, ну тогда копай глубже и шире ;^))

По поводу турбулентности твои доводы как-то не воспринимаются. Не могу сказать, что они неверны (не знаю), но с моей картиной мира не склеиваются. Если есть желание, объясни более понятно, желательно на примерах из жизни.

Serge77> Как ты считал? У меня получилось расширение около 200л (считая теплоёмкость всех веществ одинаковой).

Схема такая:
В пропепе подбираю выходное давление такое, чтоб температура выхлопа была комнатная. Беру скорость для незамороженного.
Считаю эм-вэ-квадрат-пополам, получается вся энергия топлива.
Эта вся энергия превратится в тепло, которое нагреет воздух.
Если вспомнить школьные формулы, то получится, что кусок воздуха расширяется пропорционально засунутой в него тепловой энергии. Независимо от того, какого размера кусок: 100 граммов воздуха, или 10 кг, он всё равно расширится на один и тот же объём.
Берём моль воздуха, его теплоёмкость 1.008 килоджоуля/градус = 29.2 Дж/град/моль.
Берём энергию топлива, делим на теплоёмкость моля, получаем температуру этого моля.
Ну и вот тут и применяем школьную формулу:

PV = RT
V = RT/P

Цифры конкретные не помню уже.


Serge77> По поводу турбулентности твои доводы как-то не воспринимаются. Не могу сказать, что они неверны (не знаю), но с моей картиной мира не склеиваются. Если есть желание, объясни более понятно, желательно на примерах из жизни.

Попробую другими словами.
Есть кинетическая энергия струи. Других источников энергии для перемешивания нет.
Это значит, что надо создать условия, когда энергия как можно с большим кпд пойдёт на перемешивание.
Это значит, что непроизводительные потери должны быть как можно меньше.
Потери эти - трение о всякие поверхности.
Значит надо убрать подальше эти всякие поверхности. И не городить лишние.

Фиг знает, не учитель я. Сколько раз пытался людям объяснять совершенно ясные для меня вещи... Ну не умею я.
У всех мозги по-разному думают.
Верьте мне, люди!!!

Xan> В пропепе подбираю выходное давление такое, чтоб температура выхлопа была комнатная. Беру скорость для незамороженного.

Ну у тебя и методы.
Я считал так: есть 5 кг воздуха с Т=300К и 0.1 кг с Т=1000К. Получаем смесь 5.1 кг с Т=314К. Т выросла на 14 градусов, а объём соответственно на 200 л.

Xan> Потери эти - трение о всякие поверхности.

Да, потери есть. Но может быть эти потери очень малы, а ускорение перемешивания очень велико? Как узнать?

Xan, а попробуй в свой расчёт добавить перегородку в колодце, скажем на середине глубины и шириной 20-30% пролёта. Посмотри, быстрее перемешается или нет.
Правда лучше не в колодце, а в туннеле.

Xan>> В пропепе подбираю выходное давление такое, чтоб температура выхлопа была комнатная. Беру скорость для незамороженного.
Serge77> Ну у тебя и методы.

Мои методы правильные.

Serge77> Я считал так: есть 5 кг воздуха с Т=300К и 0.1 кг с Т=1000К.

Не, там не 1000. Больше надо брать. А сколько в градусах - непонятно.
Чтоб учесть всю энергию, надо как у меня считать.

Xan>> Потери эти - трение о всякие поверхности.
Serge77> Да, потери есть. Но может быть эти потери очень малы, а ускорение перемешивания очень велико? Как узнать?

Путём логики!
Чем выше турбулентность, тем лучше перемешивание, и тем выше вязкость газа. И то и другое прямо пропорционально. Так же как с капелькой - чем сильнее её пнёшь, тем дальше она пролетит - так же и с турбулентностью - чем сильнее, тем лучше перемешивание.
Отобрал энергию на трение - ухудшил перемешивание.
А так как вязкость (турбулентная вязкость) растёт с ростом турбулентности, то и потери на трение о стенки будут расти пропорционально.
То есть, нет такого режима, когда поверхности усилят перемешивание.

Ну ещё такое. Там длина турбулентности (характерное расстояние, на котором сильно меняется скорость) очень маленькое, единицы миллиметров и доли миллиметра. Чтоб её ещё сильнее измельчить, надо ставить сетку с ячейкой, скажем, 0.1 мм. Сантиметровая сетка турбулентность не измельчит, это как песок валенком молоть. Но зато сантиметровая будет очень сильно "цепляться" трением за газ и гасить турбулентность.


Serge77> Xan, а попробуй в свой расчёт добавить перегородку в колодце, скажем на середине глубины и шириной 20-30% пролёта. Посмотри, быстрее перемешается или нет. Правда лучше не в колодце, а в туннеле.

Я наверняка про "лучше перемешается" сказать не могу.
Критерий "лучшести", думаю, в возможно меньшем объёме как можно быстрее охладить.
Вроде, смотреть надо на область, где наибольшая диссипация энергии турбулентности. Она получается не такая уж большая, от стенок далеко, до дна тоже.

Можно сделать колодец с дырявым дном (канаву с маленькой дыркой), но это практически ничего не изменит, так как скорость газов у концов колодца небольшая, на область интенсивного перемешивания это не повлияет.

У меня сейчас крутится такая картинка (укороченный колодец, только началась, ещё ничего не установилось, могу бросить).

Нарисуй, что хочешь.

Я ещё думал в колодце резьбу нарезать!

Следующая картинка (+100 итераций).
Это как бы движок недавно начал работать (струя 0.8 метра пролетела) и от него впереди струи летит вихревое кольцо.

Xan> Отобрал энергию на трение - ухудшил перемешивание.

Собственно, наша задача не именно перемешать, а охладить, т.е. отобрать энергию. Если трение со стенками отбирает энергию - хорошо. Разве нет?

Xan> То есть, нет такого режима, когда поверхности усилят перемешивание.

Допустим, есть тоннель фиксированного размера. При сжигании некоего двигателя из тоннеля вылетает много дыма. Будет ли вылетать меньше дыма, если в тоннеле сделать немного перегородок?

Я бы задачу так сформулировал: нужно задержать дым, чтобы он не вылетал из тоннеля, а оставался в нём и постепенно оседал на стенки или поглощался водой. Что для этого нужно сделать? 1 - уменьшить объём газов путём охлаждения. 2 - затормозить поток. 3 - увеличить туннель.

Xan>> Отобрал энергию на трение - ухудшил перемешивание.
Serge77> Собственно, наша задача не именно перемешать, а охладить, т.е. отобрать энергию. Если трение со стенками отбирает энергию - хорошо. Разве нет?

Нет. Я про кинетическую энергию струи, которая превращается в энергию турбулентности (тоже кинетическая), которая как раз и перемешивает. Её надо беречь, не тратить на трение.
Тогда - через перемешивание - и охлаждение получится.


Serge77> Допустим, есть тоннель фиксированного размера. При сжигании некоего двигателя из тоннеля вылетает много дыма. Будет ли вылетать меньше дыма, если в тоннеле сделать немного перегородок?

Дыма будет больше, так как перемешивание будет хуже.

Serge77> Я бы задачу так сформулировал: нужно задержать дым, чтобы он не вылетал из тоннеля, а оставался в нём и постепенно оседал на стенки или поглощался водой. Что для этого нужно сделать? 1 - уменьшить объём газов путём охлаждения. 2 - затормозить поток. 3 - увеличить туннель.

1. Охлаждение (водой, не воздухом) - да, очень важно, уменьшает объём в десятки раз.
2. Поток затормозится сам, не надо ему мешать. Надо только, чтобы не получился сквозняк за счёт эжекции. Лучше всего одну из дырок туннеля (или обе) сильно закрыть.
3. Да, есть размер, меньше которого хорошо перемешаться не успеет. Но вроде, 1 м3 на 200 ньютон (долгой работы) хватит.

Что такое "200 ньютон (долгой работы)" ?

Serge77> Что такое "200 ньютон (долгой работы)" ?

Ну, скажем, 10...20 секунд. Установившийся режим, когда даже охлаждённый выхлоп не помещается.
Не так, что чистый воздух вытеснился, а дым остался внутри.

Xan> Нет. Я про кинетическую энергию струи, которая превращается в энергию турбулентности (тоже кинетическая), которая как раз и перемешивает. Её надо беречь, не тратить на трение.
Xan> Тогда - через перемешивание - и охлаждение получится.

Ламинарное течение - это фактически просто тупой перенос тепла и массы на расстояние. Ну пролетит эта струя сквозь колодец и что? Нужно дым осадить и жидкость сконденсировать. Вот из моего курса Процессов и аппаратов простой пример: ректификационная колонна. Именно это и нужно сделать. А там перегородок пруд пруди. И вообще без перегородок ничего не получиться задержать, ламинарный поток всё просто перенесёт и все. Необходимо создать именно турбуленцию, точнее заставить бить поток о стенки, тогда и конденсат начнёт на них оседать.

Я бы для начала вообще прямо под струю из двигателя на расстоянии 20см поставил пластину термостойкую, чтобы она поток разнесла в стороны, тогда он резко сбросит скорость в ограниченном объёме, а дальше его в лабиринт...

Суть турбулентности для многокомпонентных потоков в том, что в ней идёт интенсивный процесс теплообмена и перемешивания, что позволяет в минимальном объёме осуществить тепло-массо-обменный процесс.

А вот собственно, что должно получиться в Flow, и, что должно остаться на стенках:

Serge77> Допустим, есть тоннель фиксированного размера. При сжигании некоего двигателя из тоннеля вылетает много дыма. Будет ли вылетать меньше дыма, если в тоннеле сделать немного перегородок?

Думаю, будет меньше полюбому. Всё зависит от геометрии. Правда это всё может привести к значительному сопротивлению. Если всё это будет сделано просто из сложеных кирпичей, то газ скорее потечёт через щели между кирпичами наружу, чем по лабиринту.

А вообще в детстве я ещё вот такую ректификационную колонну смастерил из одних жестяных банок. В ней одновременно шёл процесс крекинга пластикового мусора и фракционирование конденсата. Керосин и бензин точно удалось получить, только они не очень чистые были. Принцип тот же, в дне каждой банки, кроме первой, была проделана дырочка сверху, а снизу получалась тарелка с учётом наклонного расположения к горизонту. В них собирался конденсат. Но тут процесс шёл медленно.

SashaPro> Думаю, будет

"А ты не думай! За тебя Партия думает!" (с)

Поскольку ты никаких аргументов не привёл, то я и не могу тебе возразить!
Я смотрю, ты действительно профессиональный спорщик!!!

Xan> 1 м3 на 200 ньютон (долгой работы) хватит.

Значит теперь у меня есть стенд на 260 Ньютон ;^))
Выкопал траншею размером 0.6х0.6х2.1 м плюс пространство между кирпичами 1х0.18х3.2 м, итого 1.34 кубометра. Выход сделал относительно узким, потом может ещё уменьшу, опыт покажет.

"Поглотитель" накрыл шифером. Остальное будет накрываться съёмной крышкой из жести со звукоизоляцией.
По периметру кирпичи засыплю землёй, чтобы прикрыть щели, для звукоизоляции.

Теперь думаю - не поселится ли кто в этой норе? Собаки или ужи или кто-то ещё. Шифер ведь я снимать не буду.

Serge77> Теперь думаю - не поселится ли кто в этой норе? Собаки или ужи или кто-то ещё. Шифер ведь я снимать не буду.

Ничего они "приятно" будут удивлены.
Как там Анзория движки? Руки пока не дошли? уж очень хо сравнить что мы насчитали с твоими расчетами.

Костян1979> Как там Анзория движки?

На следующие выходные испытаю стенд с гильзовыми двигателями и наверняка тогда же и долгожданные движки.

Serge77> Шифер ведь я снимать не буду.

Если во время испытаний давление под шифером будет на 0,01 атм. больше, чем снаружи, то шифер на некоторое время поднимется (по 100 кГс на каждый лист), [конец серьезной части сообщения] и все собаки успеют убежать из этой узкой длинной ямы. [шутка]

Xan, твоя теория против всяких перегородок. Но может быть в данном конкретном случае для данного профиля траншеи вот эта красная перегородка будет полезна? Я думаю, что без неё значительная часть выхлопа будет пролетать на выход, не заходя в траншею.

Ckona> Если во время испытаний давление под шифером будет на 0,01 атм. больше, чем снаружи

Я думал об этом. Поскольку листы жести не подпрыгивали при значительно меньшем внутреннем объёме, то, надеюсь, шифер не улетит ;^))