Способ гашения энергии нестационарных потоков жидкости

 

Изобретение относится к гидротехнике, а более конкретно к гидротехническим сооружениям, предназначенным для гашения энергии нестационарных потоков. Целью изобретения является повышение эффективности гашения энергии нестационарных потоков жидкости. Сущность изобретения состоит в том, что на пути нестационарного потока жидкости устанавливается местное сопротивление, в котором формируются вихри нестационарности, а за местным сопротивлением устройство, предназначенное для разрушения этих вихрей.

Изобретение относится к гидротехнике, гидравлике, гидромеханике, а более конкретно к гидротехническим сооружениям, предназначенным для гашения энергии нестационарных потоков жидкости (уравнительным резервуарам деривационных гидроэлектростанций, волноломам и др.).

Известны гасители энергии, в которых энергия потока понижается за счет увеличения потерь напора. Это достигается либо установкой местных сопротивлений (например, дополнительное сопротивление в уравнительных резервуарах), либо за счет увеличения потерь по длине (например в волноломах за счет разделения горизонтальными пластинами свободно набегающей волны на отдельные слои, которые движутся между пластинами.

Цель изобретения состоит в том, чтобы повысить эффективность гашения энергии нестационарного потока жидкости (при этом жидкость рассматривается как несжимаемая, так и сжимаемая).

Под нестационарным понимается поток жидкости, в котором расход (скорость) изменяется во времени. К нестационарным течениям относятся широко встречаемые в технике переходные процессы, при которых расход меняется от одного до другого установившегося значения. В частном случае, расход изменяется от нуля до установившегося значения Оо.

Если на пути нестационарного турбулентного потока встречается местное сопротивление, то в зоне местного сопротивления возникают энергоемкие вихри нестационарности, затягивающие время переходного процесса. Накопление энергии в вихрях нестационарности происходит в период переходного процесса.

В отличие от известных вихрей, формируемых в зоне местного сопротивления при установившемся движении, вихри нестационарности существуют только при неустановившемся движении и имеют доминирующее вращение в плоскости, перпендикулярной направлению течения. Такое осевое вращение объясняется компенсирующей циркуляцией на реакцию стенок местного сопротивления, например дроссельной шайбы, на набегающий ускоренный поток. При этом суммарный момент импульса равен нулю в каждый момент времени.

Процесс образования вихрей нестационарности в местном сопротивлении получил название явления гидравлической индукции.

Сущность предлагаемого способа энергии гашения нестационарного потока состоит в том, что на пути нестационарного потока жидкости устанавливается местное сопротивление определенной конфигурации, например дроссельная шайба или зубчатая преграда, в котором образуются вихри нестационарности, аккумулирующие значительную часть энергии нестационарного потока. Разрушая эти вихри, накоплененную в них энергию можно перевести в тепло. Поэтому гасители энергии устанавливаются на некотором расстоянии вниз по потоку за местным сопротивлением.

Вид местного сопротивления, также как и форма гасителя выбираются в зависимости от конкретной задачи. Например, для снижения максимальной амплитуды колебаний уровня жидкости уравнительного резервуара деривационной ГЭС, определяющей его геометрические размеры, в качестве местного сопротивления целесообразно использовать дроссельную шайбу, устанавливаемую на выходе в резервуар, а в качестве гасителей перфорированные пластины внутри резервуара. В волноломах местным сопротивлением может служить зубчатая преграда, имеющая форму двух гребенок, зубья которых расположены друг против друга в шахматном порядке; гасителем вихрей нестационарности индуцируемых в зубчатой преграде расположенные на некотором расстоянии по вертикали друг от друга горизонтальные пластины.

Таким образом, осуществление предлагаемого способа предусматривает выполнение последовательных операций: установка на пути нестационарного потока жидкости, в котором требуется погасить энергию, местного сопротивления для образования в нем вихрей нестационарности; установка за местным сопротивлением устройства, предназначенного для разрушения образованных в местном сопротивлении вихрей нестационарности.

Формула изобретения

СПОСОБ ГАШЕНИЯ ЭНЕРГИИ НЕСТАЦИОНАРНЫХ ПОТОКОВ ЖИДКОСТИ, включающий пропуск нестационарных потоков жидкости по трубопроводу, отличающийся тем, что на пути движения потока устанавливают местное сопротивление, образующее вихри нестационарности, при этом ниже по потоку за местным сопротивлением в трубопроводе устанавливают устройства, производящие гашение этих вихрей.