Экспериментальные исследования слива жидкости из цилиндрической емкости, совершающей колебания в поперечном и продольном направлениях

Работа посвящена экспериментальным исследованиям процесса слива жидкости из осесимметричной цилиндрической емкости со сферическим днищем, совершающей гармонические колебания в поперечном и продольном направлениях в условиях нормальной гравитации. На основе проведенных экспериментов получены эмпириче...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2007
Автор:	Давыдов, С.А.
Формат:	Стаття
Мова:	Російська
Опубліковано:	Інститут гідромеханіки НАН України 2007
Онлайн доступ:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/4713
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Экспериментальные исследования слива жидкости из цилиндрической емкости, совершающей колебания в поперечном и продольном направлениях / Давыдов С.А. // Прикладна гідромеханіка. — 2007. — Т. 9, № 4. — С. 30-36. — Бібліогр.: 11 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

_version_	1859646257578901504
author	Давыдов, С.А.
author_facet	Давыдов, С.А.
citation_txt	Экспериментальные исследования слива жидкости из цилиндрической емкости, совершающей колебания в поперечном и продольном направлениях / Давыдов С.А. // Прикладна гідромеханіка. — 2007. — Т. 9, № 4. — С. 30-36. — Бібліогр.: 11 назв. — рос.
collection	DSpace DC
description	Работа посвящена экспериментальным исследованиям процесса слива жидкости из осесимметричной цилиндрической емкости со сферическим днищем, совершающей гармонические колебания в поперечном и продольном направлениях в условиях нормальной гравитации. На основе проведенных экспериментов получены эмпирические зависимости для определения поправочного коэффициента, для адекватного расчета подобных динамических процессов. Робота присвячена експериментальним дослiдженням процесу зливу рiдини з осесиметричної ємностi зi сферичним днищем, що здiйснює гармонiчнi коливання у поперечному та поздовжньому напрямках в умовах нормальної гравiтацiї. На основi проведених експериментiв отриманi емпiричнi залежностi для визначення поправочного коефiцiєнта для адекватного розрахунку подiбних динамiчних процесiв. The paper is devoted to experimental investigation of the fuel evacuation process from the cylindrical capacity with the spherical bottom. The vessel is oscillated in the longitudinal and transversal directions in the normal gravity conditions. The empirical formula for the correction factor to determine was obtained. The correction factor is necessary for the adequate calculation of the similar dynamic processes.
first_indexed	2025-12-07T13:27:37Z
format	Article
fulltext	ISSN 1561 -9087 Прикладна гiдромеханiка. 2007. Том 9, N 4. С. 30 – 36 УДК 532.527 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СЛИВА ЖИДКОСТИ ИЗ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ЕМКОСТИ, СОВЕРШАЮЩЕЙ КОЛЕБАНИЯ В ПОПЕРЕЧНОМ И ПРОДОЛЬНОМ НАПРАВЛЕНИЯХ С. А. Д АВ Ы Д ОВ Днепропетровский национальный университет Получено 27.09.2006 Работа посвящена экспериментальным исследованиям процесса слива жидкости из осесимметричной цилиндриче- ской емкости со сферическим днищем, совершающей гармонические колебания в поперечном и продольном на- правлениях в условиях нормальной гравитации. На основе проведенных экспериментов получены эмпирические зависимости для определения поправочного коэффициента, для адекватного расчета подобных динамических про- цессов. Робота присвячена експериментальним дослiдженням процесу зливу рiдини з осесиметричної ємностi зi сферичним днищем, що здiйснює гармонiчнi коливання у поперечному та поздовжньому напрямках в умовах нормальної гравi- тацiї. На основi проведених експериментiв отриманi емпiричнi залежностi для визначення поправочного коефiцiєнта для адекватного розрахунку подiбних динамiчних процесiв. The paper is devoted to experimental investigation of the fuel evacuation process from the cylindrical capacity with the spherical bottom. The vessel is oscillated in the longitudinal and transversal directions in the normal gravity conditions. The empirical formula for the correction factor to determine was obtained. The correction factor is necessary for the adequate calculation of the similar dynamic processes. ВВЕДЕНИЕ Интерес к поведению жидкости в осесимметри- чной емкости, находящейся под действием вне- шних силовых импульсов, в значительной мере об- условлен развитием аэрокосмической техники. Не- посредственно с вопросами динамики жидкости связана проблема опорожнения емкостей в услови- ях внешнего силового воздействия. Значительное количество публикаций посвящено разработке ма- тематических моделей этих процессов [1, 10, 11], а также экспериментальным исследованиям [2, 3, 5, 7, 9]. Чаще всего исследования направлены на опре- деление объема так называемых невырабатывае- мых остатков (НО) топлива, т. е. объема жидко- сти, который остается внутри бака на момент про- рыва газовой фазы в сливное отверстие. При этом численное моделирование эффективно для цилин- дрических либо сферических баков с весьма упро- щенной геометрией заборных устройств в услови- ях действия продольного массового ускорения [1, 10, 11]. В последнее десятилетие, в связи с ростом ко- личества запусков ракет, возникла проблема ней- трализации НО топлива, которое остается в ба- ках отработавших ракетных ступеней и попадает в почву после падения ступени на земную поверх- ность. Одним из путей решения этой проблемы яв- ляется слив НО топлива из баков до момента кон- такта ступени с земной поверхностью. При этом во время слива возможно периодическое поступле- ние в сливную магистраль газа наддува. Ступень в процессе движения по свободной траектории со- вершает колебания в поперечном и продольном на- правлениях. Поэтому возросла актуальность изу- чения процесса слива жидкости из емкости после прорыва газовой фазы в сливное отверстие. В [7, 9] экспериментально изучен процесс слива жидко- сти из цилиндрического бака с плоским днищем при образовании вихревой воронки и влияние на расход сливаемой жидкости проникновения газа в сливное отверстие. Указанные эксперименты про- водились в условиях нормальной гравитации и при неподвижной модельной емкости. Экспериментальные исследования динамики жидкости в цилиндрической емкости, совершаю- щей колебания в поперечном и продольном на- правлениях по отношению к действующему вне- шнему массовому ускорению, приведены в [2, 5]. Однако, в [2] слив жидкости ограничивается мо- ментом прорыва газа в сливное отверстие и иссле- дования направлены на определение объема НО. В [5] изучается динамика жидкости в баке без слива. В [6] представлена математическая модель и методика численного расчета процесса слива НО 30 c© С. А. Давыдов, 2007 ISSN 1561 -9087 Прикладна гiдромеханiка. 2007. Том 9, N 4. С. 30 – 36 Рис. 1. Принципиальная схема экспериментальной установки: 1 – концевые выключатели перемещения поршня; 2 – газовые пузыри в сливной магистрали; 3 – сливная магистраль; 4 – вертикальная тяга; 5 – заправочно-сливной штуцер; 6 – двигатель вертикальных колебаний; 7 – ролики горизонтальных колебаний; 8 – платформа; 9 – двигатель горизонтальных колебаний; 10 – горизонтальная тяга; 11 – направление горизонтальных колебаний; 12 – жидкость в модельной емкости; 13 – направление вертикальных колебаний; 14 – ролики вертикальных колебаний; 15 – подвижная рама с моделью, совершающая горизонтальные колебания; 16 – модель бака с жидкостью; 17 – дренажный штуцер; 18 – газ; 19 – слитый объем жидкости; 20 – газ, прорвавшийся в сливную магистраль при сливе; 21 – поршень; 22 – привод поршневого блока жидкости из цилиндрической емкости, соверша- ющей колебания в продольном и поперечном на- правлениях в условиях проникновения газовой фазы в сливное отверстие. Однако при разработке теоретической модели использовался ряд упро- щающих предположений. Поэтому с целью иден- тификации этой модели реальному физическому процессу были проведены экспериментальные ис- следования, основные результаты которых приве- дены ниже. 1. ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ Для исследования процесса слива жидкости из осциллирующей емкости была разработана экспе- риментальная установка (ЭУ) (рис. 1). Главным ee элементом является модель топливного бака (ТБ) отработавшей ракетной ступени 16 (рис. 1), выполненная из оргстекла для визуализации ис- следуемого процесса. Модель имеет цилиндриче- скую форму с плоским верхним днищем и выпу- клым сферическим нижним днищем. На плоском верхнем днище располагается дренажный штуцер 17 для сброса избыточного давления воздуха при заполнении модели рабочей жидкостью. В цен- тре нижнего днища располагается отверстие слив- ной магистрали 3 для слива рабочей жидкости во время проведения экспериментов. Сливная маги- страль соединяет полость модели 16 с расходным блоком. Расходный блок представляет собой поршень 21, который перемещается в вертикальном направле- нии по цилиндрической емкости постоянного вну- треннего диаметра, выполненной из оргстекла. Поршень приводится в движение специальным ре- версивным двигателем постоянного тока 22 с ре- гулируемой частотой оборотов. Перемещения пор- шня ограничены специальными бесконтактными выключателями 1. Поршневой блок также сна- бжен специальной мерной линейкой для регистра- ции текущего объема слитой из емкости жидкости 19. Модель 16 содержит рабочую жидкость 12, ко- торая совершает колебательное движение и в за- данный промежуток времени сливается из модели через штуцер 5. Модель 16 может перемещаться в вертикальном направлении 13 на роликах 14 посредством тяги 4. Тяга 4 закреплена одним концом на днище моде- ли, а другим – на стальном диске, который при- водится во вращение реверсивным двигателем 6. Посредством выбора расстояния от точки закре- пления тяги 4 до оси вращения диска и частоты оборотов диска можно варьировать амплитуду и частоту колебаний модели в вертикальном направ- лении. Модель с жидкостью 16 и двигатель вертикаль- ных колебаний 6 располагаются на подвижной ме- таллической раме 15, совершающей колебания в горизонтальной плоскости. Эта рама располагае- тся на подвижных роликах 7, которые скользят по специальным направляющим, размещенным на платформе 8. Рама 15 приводится в движение тя- гой горизонтальных колебаний 10. Указанная тяга совершает возвратно-поступательное движение за счет двигателя горизонтальных колебаний 9. Системы горизонтальных и вертикальных коле- баний, а также расходный блок управляются со специального общего пульта. Система управления дает возможность варьировать частоту оборотов двигателей 6, 9 и 22, что, в свою очередь, позво- ляет изменять в определенном диапазоне частоту колебаний модели в продольном и поперечном на- С. А. Давыдов 31 ISSN 1561 -9087 Прикладна гiдромеханiка. 2007. Том 9, N 4. С. 30 – 36 правлении, а также уровень расхода сливаемой из емкости жидкости. Целью экспериментов являлось изучение изме- нения относительного объема сливаемой жидко- сти в зависимости от параметров колебательного процесса и времени слива. Перед проведением экспериментов в модель за- ливалась через дренажный штуцер 17 жидкость 12. На блоках питания двигателей 6, 9 и 22 уста- навливался предварительно выбранный уровень напряжения. Перед проведением экспериментов проводилась тарировка соответствия подаваемо- го напряжения частоте оборотов двигателя. Далее включались двигатели 6 и 9, и модель 16 приходи- ла в движение. Частота колебаний в вертикальной и горизонтальной плоскости фиксировалась свето- лучевым осциллографом посредством контактных выключателей. Через определенный промежуток времени, необходимый для стабилизации колеба- тельного процесса, подавалось напряжение на дви- гатель 22 для запуска расходного блока. Начинал- ся слив жидкости через сливную магистраль 3. Длительность времени слива задавалась посред- ством реле времени. От реле поступала команда на выключение расходного блока. После этого визу- ально по мерным рискам на расходном блоке опре- делялся объем слитой из модели жидкости. Экспериментальная установка позволяет ва- рьировать параметры колебательного процесса в следующем диапазоне: – амплитуда продольных колебаний A0 – 0÷80 мм; – амплитуда поперечных колебаний Aб – 0÷130 мм; – частота продольных колебаний ω0 – 1.8÷4.0 с−1; – частота поперечных колебаний ωб – 0.5÷1.5 с−1. При этом параметры относительной интенсив- ности продольного χ0 = A0ω 2 0 g и поперечного χб = = Aбω 2 б g ускорений можно менять при проведении экспериментов в пределах [0; 0.13] и [0; 0.03] соо- тветственно. Расход сливаемой жидкости Qм можно варьиро- вать от 20 до 120 cм3/с, а время слива (tм)max – от 1.6 до 9 с. При проведении экспериментов выполнялись специальные исследования влияния уровня расхо- да Qм из указанного выше диапазона на объем сливаемой жидкости. Значимой связи между эти- ми параметрами в пределах указанного выше ди- апазона изменения расхода обнаружено не было. Поэтому все представленные ниже эксперимен- тальные данные получены при постоянном уровне расхода, создаваемого поршнем, Qм=60 см3/с. При проведении экспериментов использовалась цилиндрическая модельная емкость, выполненная из оргстекла, внутренним радиусом R = 60 мм и длиной L = 160 мм. Модель имела плоское верхнее днище и сферическое нижнее днище с ра- диусом кривизны Rd = 80 мм. В качестве мо- дельной жидкости применялся октан плотностью ρτ = 702.2 кг/м3 [4]. В модель заправлялся на- чальный объем жидкости τн = 180 см3. Сливное отверстие диаметром dп = 5 мм располагалось на оси симметрии модели. 2. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТОВ И ИХ АНАЛИЗ Эксперименты по исследованию влияния на слив жидкости колебаний емкости в продольном и поперечном направлении состояли из трех эта- пов. На первом этапе исследовался слив из емкости, совершающей колебания только в поперечном на- правлении, т. е. χ0 = 0. Результаты этих экспери- ментов в виде зависимости коэффициента слива жидкости τ̄c = τc τн (τc – текущий объем сливаемой жидкости, τн – начальный объем жидкости в мо- дели) от времени слива t представлены на рис. 2. Здесь показаны эмпирические данные для различ- ных значений параметра χб (0.0015; 0.0038; 0.018; 0.027). При этом экспериментальные точки, соо- тветствующие первым трем значениям параметра χб (на графике они условно представлены в ви- де кружка, треугольника и квадрата), получены при постоянном значении амплитуды поперечных колебаний емкости Aб = 0.029 м и различных зна- чениях частоты этих колебаний ωб = 0.7 Гц (“2”); 1.14 Гц (“∇”); 2.44 Гц (“2”). Экспериментальные точки, изображенные в виде ромбиков, получены для Aб = 0.11 м и частоты ωб = 1.54 Гц. На рис. 2, а также показаны теоретические кри- вые, построенные с помощью математической мо- дели [6], которая была скорректирована введени- ем эмпирического коэффициента kэкс. Этот коэф- фициент уточняет момент начала и прекращения поступления газовой фазы в сливную магистраль. Необходимость введения коэффициента kэкс об- условлена тем, что при построении математиче- ской модели предполагалось, что свободная по- 32 С. А. Давыдов ISSN 1561 -9087 Прикладна гiдромеханiка. 2007. Том 9, N 4. С. 30 – 36 Рис. 2. Зависимость коэффициента слива жидкости χ̄c(%) от времени t(c) из цилиндрической емкости, совершающей гармонические колебания в одном направлении: a – 1 – χб = 0.0015; 2 – χб = 0.0038; 3 – χб = 0.018; 4 – χб = 0.0027; χ0 = 0; b – 1 – χ0 = 0.025; 2 – χ0 = 0.093; 3 – χ0 = 0.144; χб = 0 верхность жидкостного объема односвязная и пло- ская, а жидкость имеет форму шарового сегмента. В реальной ситуации это не совсем так. На основе обработки экспериментальных дан- ных методом наименьших квадратов и использо- вания теории размерностей была получена эмпи- рическая зависимость для расчета коэффициента kэкс для случая χ0 = 0 в виде kэкс = C∗χB ∗ б , (1) где C∗ = 1290, B∗ = 1.14 – эмпирические посто- янные. Графические данные на рис. 2, а свидетель- ствуют о том, что введение поправочного коэф- фициента позволяет вполне адекватно теоретиче- ски рассчитывать коэффициент слива жидкости из емкости, совершающей гармонические колеба- ния в поперечном направлении. Достаточно боль- шой разброс экспериментальных точек вероятнее всего связан со случайным значением фазы ко- лебаний ϕб жидкости в момент начала процесса слива при проведении экспериментов. Теоретиче- ские кривые, представленные на рис. 2–5, постро- ены при условии, что начальные фазы колебаний в поперечном ϕб и продольном ϕ0 направлениях равны нулю. Экспериментально установлено, что слив жид- кости носит ступенчатый характер. Это связано с циклическим перекрытием сливного отверстия жидкостью. Увеличение значения параметра χб приводит к существенному снижению абсолютно- го объема сливаемой жидкости. Так, в момент вре- мени t = 2.5 с имеем: τ̄c = 12% при χб = 0.0015, τ̄c = 22% при χб = 0.0038, τ̄c = 31% при χб = 0.018, τ̄c = 54% при χб = 0.027. Поскольку для графиков на рис. 2 увеличение па- раметра χб обусловлено увеличением частоты по- перечных колебаний емкости ωб (за исключением кривой 4), а собственная частота колебаний жид- кости ωсоб ≈ 1.7 Гц, то, скорее всего, снижение эф- фективности слива жидкости из емкости связано с приближением частоты ωб к частоте основного резонанса ωсоб. На втором этапе экспериментов исследовался слив из емкости, совершающей колебания только в продольном направлении, т. е. χб = 0. Результа- ты этих экспериментов в виде графической зави- симости коэффициента слива жидкости τ̄c от вре- мени слива t представлены на рис. 2, б. Экспери- ментальные точки на этом рисунке получены при постоянном значении амплитуды продольных ко- лебаний емкости A0 = 0.022 м и различных зна- чениях частоты колебаний ω0. Условные обозна- чения в виде кружков на рис. 2, а соответствуют ω0 = 3.33 Гц, в виде квадратиков – ω0 = 6.45 Гц, в виде треугольников — ω0 = 8.0 Гц. Кривые 1–3 на рисунке построены с помощью полуэмпирической зависимости С. А. Давыдов 33 ISSN 1561 -9087 Прикладна гiдромеханiка. 2007. Том 9, N 4. С. 30 – 36 Рис. 3. Зависимость коэффициента слива жидкости τ̄c(%) от времени t(c) в цилиндрической емкости, совершающей гармонические колебания в продольном и поперечном направлениях с амплитудами A0 = 0.022 м и Aб = 0.029 м соответственно: a – χ0 = 0.056 (ω0 = 5 Гц); 1 – χб = 0.0044 (ωб = 1.22 Гц); 2 – χб = 0.0076 (ωб = 1.6 Гц); 3 – χб = 0.018; (ωб = 2.4 Гц); b – χб = 0.0076 (ω0 = 1.6 Гц); 1 – χ0 = 0.023 (ω0 = 3.2 Гц); 2 – χ0 = 0.056 (ω0 = 5.0 Гц); 3 – χ0 = 0.162; (ω0 = 8.5 Гц) Рис. 4. Зависимость коэффициента слива жидкости τ̄c(%) от времени t(c) из цилиндрической емкости, совершающей гармонические колебания в продольном и поперечном направлениях с амплитудами A0 = 0.022 м и Aб = 0.110 м соответственно: a – χ0 = 0.11 (ω0 = 7.0 Гц); 1 – χб = 0.0077 (ωб = 0.83 Гц); 2 – χб = 0.017 (ωб = 1.23 Гц); 3 – χб = 0.031; (ωб = 1.67 Гц); b – χб = 0.017 (ωб = 1.23 Гц); 1 – χ0 = 0.036 (ω0 = 4.0 Гц); 2 – χ0 = 0.11 (ω0 = 7.0 Гц); 3 – χ0 = 0.144; (ω0 = 8.0 Гц) Рис. 5. Зависимость коэффициента слива жидкости τ̄c(%) от времени t(c) из цилиндрической емкости, совершающей гармонические колебания в продольном и поперечном направлениях с амплитудой A0 = 0.06 м в продольном направлении: a – χ0 = 0.038 (ω0 = 2.5 Гц); Aб = 0.029 м; 1 – χб = 0.0022 (ωб = 0.87 Гц); 2 – χб = 0.0185 (ωб = 2.5 Гц); b – χб = 0.0085 (ωб = 0.87 Гц); Aб = 0.11 м; 1 – χ0 = 0.038 (ω0 = 2.5 Гц); 2 – χ0 = 0.068 (ω0 = 3.3 Гц) 34 С. А. Давыдов ISSN 1561 -9087 Прикладна гiдромеханiка. 2007. Том 9, N 4. С. 30 – 36 τ̄c = C0χB 0 0 ShD 0 , (2) где C0 = 240, B0 = 0.13, D0 = −0.12 – эмпириче- ские постоянные; Sh = Qмt dn – число Струхаля. Зависимость (2) получена с помощью анализа размерностей методом показателей Рэлея [8]. Экспериментальные данные на рис. 2, а сви- детельствуют, что при вынужденных колебаниях емкости в продольном направлении слив жидко- сти происходит ступенчато, также как и в слу- чае вынужденных колебаний в поперечном на- правлении. Увеличениe значения параметра χ0 от 0.025 до 0.144, обусловленное увеличением часто- ты продольных колебаний бака, приводит к по- вышению коэффициента слива τ̄c. Например, че- рез 2 секунды после начала слива в емкости оста- ется τ̄c = 57% начального объема жидкости при χ0 = 0.025; τ̄c = 73% начального объема жидкости при χ0 = 0.093 и τ̄c = 80% – при χ0 = 0.144. На третьем этапе экспериментов исследовался слив из емкости, совершающей колебания однов- ременно в поперечном и продольном направлени- ях. Результаты экспериментов представлены на рис. 3–5, где приведены и теоретические кривые, которые получены на основе описанной выше ма- тематической модели, скорректированной введе- ние эмпирического коэффициента kэкс = C∗χB ∗ б χD ∗ 0 , (3) где C∗ = 25.4, B∗ = 1.08, D∗ = −0.3 – эмпириче- ские постоянные. На рис. 3 представлены экспериментальные дан- ные по сливу жидкости из емкости, совершаю- щей колебания в продольном и поперечном на- правлениях с амплитудами A0 = 0.022 м и Aб = 0.029 м соответственно. При этом на рис. 3, а варьировалась частота поперечных колебаний ωб при неизменной частоте продольных колебаний ω0 = 5.0 Гц, а на рис. 3, б варьировалась частота продольных колебаний ω0 при неизменной частоте поперечных колебаний ωб = 1.6 Гц. В результате анализа данных на рис. 3 были сделаны следую- щие выводы. Рост параметра χб от 0.0044 (ωб = 1.22 Гц) до 0.018 (ωб = 2.44 Гц) при неизменном значении па- раметра χ0 = 0.056 (ω0 = 5.0 Гц) не приводит к за- метному изменению величины коэффициента сли- ва τ̄c (рис. 3, а). В то же время, рост параметра χ0 от 0.023 (ω0 = 3.2Гц) до 0.162 (ω0 = 8.5 Гц) при неизменном значении параметра χб = 0.0076 (ωб = 1.6Гц) влечет за собой существенное увели- чение коэффициента τ̄c (рис. 3, б). Например, в момент времени t = 2.5 c при χ0 = 0.023 τ̄c = 63%, а при χ0 = 0.162 τ̄c = 74%. Следовательно, коле- бания емкости в продольном направлении в значи- тельно большей степени ухудшают условия слива НО топлива, чем колебания в поперечном направ- лении. На рис. 4 также приведены экспериментальные данные по исследованию слива жидкости из ем- кости, совершающей вынужденные колебания в поперечном и продольном направлениях одновре- менно. Однако амплитуда поперечных колебаний Aб по сравнению с данными рис. 3 была увели- чена от 0.029 до 0.11 м при неизменном значении амплитуды продольных колебаний A0 = 0.022 м. Представленные на рис. 4 результаты экспери- ментов подтверждают выводы, которые были сде- ланы по данным рис. 3. Колебания емкости в про- дольном направлении в значительно большей сте- пени ухудшают условия слива НО топлива, чем колебания в поперечном направлении. Однако на рис. 4, а заметно влияние параметра χб на значе- ния коэффициента τ̄c. В момент времени t = 1.9 с τ̄c = 70% при χб = 0.0077 и τ̄c = 80% при χб = 0.031. На рис. 5 приведены результаты экспериментов по сливу жидкости из емкости, совершающей гар- монические колебания в поперечном и продоль- ном направлениях с амплитудами Aб = 0.029 м и A0 = 0.06 м (рис. 5, а) и с амплитудами Aб = 0.11 м и A0 = 0.06 м (рис. 5, б). Увеличение значений па- раметров χ0 и χб приводит к ухудшению условий слива жидкости из емкости. Кроме того, сравне- ние данных на рис. 3, а (“2”) и на рис. 5, б (“∇”) показывает, что для приближенно равных значе- ний параметров χ0 и χб значения коэффициен- та слива τ̄c(%) достаточно близки друг к другу в одинаковые моменты времени. При этом соответ- ствующие значения частот и амплитуд вынужден- ных колебаний для указанных экспериментальных данных существенно различаются. Следователь- но, есть основания считать, что на эффективность слива жидкости из емкости, совершающей однов- ременно колебания в поперечном и продольном на- правлениях, оказывают значимое влияние прежде всего коэффициенты χ0 и χб при условии, что ча- стоты вынужденных колебаний достаточно дале- ки от частоты основного резонанса жидкостного объема. ЗАКЛЮЧЕНИЕ Подводя итог проведенным экспериментальным исследованиям, необходимо отметить следующее. Процесс слива жидкости из осесимметричной ем- С. А. Давыдов 35 ISSN 1561 -9087 Прикладна гiдромеханiка. 2007. Том 9, N 4. С. 30 – 36 кости, совершающей одновременные колебания в поперечном и продольном направлениях, вполне адекватно описывается математической моделью, которая предложена в [6], если в расчетной мето- дике используется поправочный эмпирический ко- эффициент kэкс. Полученные экспериментальные данные позволяют утверждать, что можно осуще- ствить слив НО топлива через патрубок на верх- нем днище бака за достаточно короткий промежу- ток времени без использования дополнительных демпферов колебаний, если интенсивность вне- шних силовых воздействий на топливо находится в исследованном диапазоне значений с учетом ко- эффициента подобия. В то же время, следует ожидать, что по мере удаления сливного отверстия от продольной оси бака эффективность его опорожнения будет сни- жаться и, как следствие, увеличиваться общее вре- мя слива. Для получения количественных оценок этого фактора необходимо проведениe дополни- тельных исследований по методике, предложенной в данной работе. 1. Безуглый В.Ю., Козлов И.Н.Численный расчет гидродинамики и теплообмена при истечении жидкости через сливное отверстие // Математи- ческие методы тепломассопереноса: Сб. научн. тр. –Днепропетровск, ДГУ.– 1986 - С. 14–20. 2. Беляев Н.М., Калиниченко В.Я., Шевченко Б.А. Влияние колебаний жидкости на высоту провала уровня // Гидромеханика и теория упругости. Чи- сленные и аналитические методы решения задач гидроаэродинамики и теории упругости: Сб. нучн. тр.– Днепропетровск, ДГУ.– 1986 – С. 9–15. 3. Богомаз Г.И., Сирота С.А. Колебания жидкости в баках (методы и результаты экспериментальных исследований).– Днепропетровск: НАН Украины и НКА Украины, Институт технической механики, 2002.– 306 с. 4. Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей.– М.: Наука, 1972.– 720 с. 5. Давыдов С.А. Вынужденные колебания жидкости в цилиндрическом баке в переменном гравитаци- онном поле // Системне проектування та ана- лiз характеристик аерокосмiчної технiки: Зб. на- ук. праць - Т. II - Днiпропетровськ: Видавництво “Навчальна книга”, – 2000. – С. 50–55. 6. Давыдов С.А. Математическое моделирование слива невырабатываемых остатков топлива из баков отработавших ракетных ступеней // Авиационно-космическая техника и технология. - 2006. - № 5(31). - С. 43–50. 7. Павельев А.А., Штарев А.А. Эксперимент по фор- мированию вихря при вытекании жидкости из ба- ка // Изв. РАН. МЖГ.– 2001.– № 5.– С. 203-207. 8. Шарп Дж. Гидравлическое моделирование.– М.: Мир, 1984.– 280 с. 9. Штарев А.А. Экспериментальное исследование ра- схода жидкости при нестационарном истечении из заполненной емкости // Изв. РАН. МЖГ.– 2005.– № 2.– С. 113-121. 10. Chou C.Y., Lay W.M. Unsteady axisymmetric flows of a liquid draining from a circular tank // AIAA Journal.– 1972.– 10, № 8.– P. 27–35. 11. Easton C.R., Catton J. Nonlinear free surface effect in tank draining at low gravity // AIAA Journal.– 1970.– 8, № 8. 36 С. А. Давыдов
id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-4713
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn	1561-9087
language	Russian
last_indexed	2025-12-07T13:27:37Z
publishDate	2007
publisher	Інститут гідромеханіки НАН України
record_format	dspace
spelling	Давыдов, С.А. 2009-12-18T15:23:04Z 2009-12-18T15:23:04Z 2007 Экспериментальные исследования слива жидкости из цилиндрической емкости, совершающей колебания в поперечном и продольном направлениях / Давыдов С.А. // Прикладна гідромеханіка. — 2007. — Т. 9, № 4. — С. 30-36. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. 1561-9087 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/4713 532.527 Работа посвящена экспериментальным исследованиям процесса слива жидкости из осесимметричной цилиндрической емкости со сферическим днищем, совершающей гармонические колебания в поперечном и продольном направлениях в условиях нормальной гравитации. На основе проведенных экспериментов получены эмпирические зависимости для определения поправочного коэффициента, для адекватного расчета подобных динамических процессов. Робота присвячена експериментальним дослiдженням процесу зливу рiдини з осесиметричної ємностi зi сферичним днищем, що здiйснює гармонiчнi коливання у поперечному та поздовжньому напрямках в умовах нормальної гравiтацiї. На основi проведених експериментiв отриманi емпiричнi залежностi для визначення поправочного коефiцiєнта для адекватного розрахунку подiбних динамiчних процесiв. The paper is devoted to experimental investigation of the fuel evacuation process from the cylindrical capacity with the spherical bottom. The vessel is oscillated in the longitudinal and transversal directions in the normal gravity conditions. The empirical formula for the correction factor to determine was obtained. The correction factor is necessary for the adequate calculation of the similar dynamic processes. ru Інститут гідромеханіки НАН України Экспериментальные исследования слива жидкости из цилиндрической емкости, совершающей колебания в поперечном и продольном направлениях Experimental investigations of a liquid discharge from cylindrical tank oscillating in transverse and longitudinal directions Article published earlier
spellingShingle	Экспериментальные исследования слива жидкости из цилиндрической емкости, совершающей колебания в поперечном и продольном направлениях Давыдов, С.А.
title	Экспериментальные исследования слива жидкости из цилиндрической емкости, совершающей колебания в поперечном и продольном направлениях
title_alt	Experimental investigations of a liquid discharge from cylindrical tank oscillating in transverse and longitudinal directions
title_full	Экспериментальные исследования слива жидкости из цилиндрической емкости, совершающей колебания в поперечном и продольном направлениях
title_fullStr	Экспериментальные исследования слива жидкости из цилиндрической емкости, совершающей колебания в поперечном и продольном направлениях
title_full_unstemmed	Экспериментальные исследования слива жидкости из цилиндрической емкости, совершающей колебания в поперечном и продольном направлениях
title_short	Экспериментальные исследования слива жидкости из цилиндрической емкости, совершающей колебания в поперечном и продольном направлениях
title_sort	экспериментальные исследования слива жидкости из цилиндрической емкости, совершающей колебания в поперечном и продольном направлениях
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/4713
work_keys_str_mv	AT davydovsa éksperimentalʹnyeissledovaniâslivažidkostiizcilindričeskoiemkostisoveršaûŝeikolebaniâvpoperečnomiprodolʹnomnapravleniâh AT davydovsa experimentalinvestigationsofaliquiddischargefromcylindricaltankoscillatingintransverseandlongitudinaldirections

Экспериментальные исследования слива жидкости из цилиндрической емкости, совершающей колебания в поперечном и продольном направлениях

Репозитарії

Схожі ресурси