Изложены результаты исследования проточной части вихревого расходомера. Произведена верификация результатов численного моделирования течения в проточной части вихревого расходомера с физическим экспериментом. При моделировании течения в пакете COSMOS FlowWorks использовалась «к-е»-модель турбулентности. Расчет выполнялся на прямоугольной расчетной сетке, содержащей до 3,5 млн расчетных ячеек на заданной проточной части. Относительная погрешность численного моделирования составляет не более ±10,0 % для крайних точек скоростей потока и не более ±5 % для середины диапазона скоростей потока. При моделировании гидрогазодинамических процессов в проточной части вихревого расходомера для получения результата с относительной погрешностью не более ±5 % достаточно ограничиться числом расчетных ячеек не более 3,0 млн. Представлены результаты численного эксперимента с деформированной проточной частью в форме овала, а также с литейными уклонами и радиусами и показана степень влияния деформации проточной части вихревого расходомера для сжимаемой (воздух) и несжимаемой среды (вода) на амплитудно-частотные характеристики. Выявлено, что проточная часть, деформированная в направлении тела обтекания в эллипс, обладает наибольшей стабильностью и постоянством критериального числа Струхаля по сравнению с расчетной геометрией. Данные выводы послужили основанием для создания нового типа проточной части для вихревого расходомера (Патент на полезную модель № 140006 «Проточная часть для формирования потока в системах измерения расхода жидких и газообразных сред»). В качестве направлений будущих исследований целесообразно сосредоточится на исследовании влияния деформированной геометрии на стабилизацию генерацию вихрей при малых числах Рейнольдса, а также поиска оптимальной геометрии, способной расширить диапазон генерации стабильных вихрей в области малых чисел Re.
Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Машиностроение
2016. — Выпуск 2
Содержание:
Изложены основные принципы уплотнения грунтов при устройстве земляного полотна различными механизмами. Представлены конструктивные решения и рассмотрена принципиальная схема конусного раскатчика дорожно-строительных машин для глубокого уплотнения грунтов при возведении земляного полотна. Отмечается, что разрушение дорожного покрытия автомобильных дорог происходит, как правило, в результате деформаций земляного полотна, в большинстве случаев связанных с недоуплотнением грунтов, дефекты земляного полотна зачастую являются следствием нарушений технологий строительного процесса и использования морально устаревшей дорожно-строительной техники. Мелкие нарушения и повреждения перерастают в опасные деформации, что создаёт аварийные ситуации и приводит к существенному снижению и ограничению скоростей движения транспортных средств и, как следствие, к большим экономическим потерям. Сформулированы основные преимущества новой технологии уплотнения с использованием конусообразных раскатчиков. Раскатка - это непрерывный процесс образования коническоцилиндрической полости путём деформации и уплотнения грунта конусообразным раскатывающим рабочим механизмом. Задача новой техники - создать условия для максимального выхода воздуха из массива уплотняемого материала. Реализуемая при этом технология названа нами воздухоудаляющей, а существующая - воздухозапрессовочной. Для понимания процесса уплотнения грунта новым рабочим оборудованием рассмотрен силовой баланс между усилием подачи и силами сопротивления внедрению конуса при его погружении. Приведены зависимости для расчета суммарного крутящего момента и мощности привода, которые нужно приложить к ведомому валу, чтобы заставить катиться конусное устройство раскатчика в зависимости от геометрических параметров конусного рабочего органа и физико-механических свойств уплотняемых грунтов. Потребительские свойства нового средства уплотнения значительно выше существующей техники: если толщина уплотняемого слоя грунта в насыпи при существующей технологии не превышает полуметра, то для конусного раскатчика практически не зависит от толщины (высоты) уплотняемого слоя. После глубокого уплотнения грунта конусным раскатчиком и заполнения образовавшихся котлованов (скважин) более прочным материалом устраняется просадочность земляного полотна за счет повышения плотности, снижения склонности грунта к водонасыщению, т. е. в несколько раз повышается его несущая способность.
Ключевые слова
Анализируются элементы магнитореологических приводных систем. Рассматривается способ регулирования расхода в управляющей магнитореологической линии при помощи магнитореологического дросселирующего устройства и приводится метод автоматизации рабочего процесса магнитореологического дросселирующего устройства. Описывается способ реализации передачи управляющего сигнала и организации обратной связи по давлению. Приводится способ расчета управляющего сигнала контроллером и пример управляющего алгоритма. В тексте приводятся принципиальные электрические схемы управления рабочим процессом магнитореологического дросселирующего устройства, позволяющие применять подобные магнитореологические дросселирующие устройства в приводах автоматических и мехатронных систем. Также приведен способ осуществления регулирования рабочих процессов магнитореологического дросселирующего устройства при помощи включения в систему дифференциального манометра. Описывается функциональная схема реализации работы тензодатчика разности давления. Авторы предлагают принципиальную гидравлическую компоновочную схему для включения магнитореологического дросселирующего устройства в управляющий магнитореологический контур, предусматривающую термостатирование рабочей среды и позволяющую производить температурное дорегулирование реологических свойств рабочей жидкости. Приведен способ реализации проточного термостатирования рабочей среды магнитореологической системы. Рассматриваются особенности управления системами термостатирования, созданными на безе термоэлектрических полупроводниковых элементов. Описываются преимущества применения предложенной системы. Приводятся статические характеристики дросселирующего устройства, работающего в автоматическом режиме поддержания требуемых расходных характеристик. Производится анализ результатов натурного эксперимента и проводится их сопоставление с результатами численного моделирования рабочего процесса магнитореологического дросселирующего устройства. Эффективность предложенной системы автоматизации рабочего процесса магнитореологического дросселирующего устройства подтверждается полученными результатами численного моделирования и натурного эксперимента.
Ключевые слова
Проводится обзор существующих подходов для снижения дистанции пробега и горизонтальной скорости приземления беспилотного летательного аппарата. В настоящей работе исследуется динамика движения беспилотного летательного аппарата с постоянным углом стреловидности крыла. Для совершения маневра приземления используется балансирный способ управления. Такой способ управления осуществляется путем смещения части аппарата, именуемой грузом, относительно платформы, основной части аппарата. Для математического описания выбранного принципа управления используются уравнения динамики движения системы твердых тел. Математические модели коэффициентов аэродинамических сил апрок-симируются тригонометрическими функциями, для их использования в широком диапазоне углов атаки. Реализация математической модели движения осуществляется средствами библиотеки SimMechanics программного комплекса Matlab/Simulink. На фоне общей динамики движения дополнительно рассматривается использование гоширования (перекоса) крыла для увеличения силы сопротивления с целью сокращения горизонтальной скорости приземления. Рассматриваются конструктивные решения привода гоширования, выделяются конструктивные параметры, влияющие на динамику движения беспилотного летательного аппарата в целом. Предлагается к рассмотрению следующая структура математической модели, состоящая из двух частей: общая динамика движения системы твердых тел и внутренняя динамика работы привода. Указанный подход позволяет оценить влияние на общую динамику движения беспилотного летательного аппарата с изменяемой в полете структурой внутренней динамики привода. В настоящей работе выполняется численное моделирование и обсуждаются полученные результаты, характеризующие работу привода. Исследуется кинематические параметры привода: угол поворота, скорость вращения и угловое ускорение, а также исходный задаваемый закон управления. Полученные результаты позволяют сделать вывод о целесообразности предлагаемого подхода.
Ключевые слова
Представлены результаты численного моделирования проточной части вихревого расходомера для трех сеток с разным количеством ячеек. Суть решаемой задачи заключается в определении влияния количества ячеек расчетной сетки для геометрии проточной части на точность результатов моделирования, а конкретнее на амплитудно-частотные характеристики вихревого расходомера. Для решения используется метод сравнительных численных расчетов для трех типов сеток одной проточной части и одного режима течения. Численное моделирование проточной части вихревого расходомера с телом обтекания в виде крыла, осуществлялось с помощью суперкомпьютера «СКИФ-УРАЛ» на программном обеспечении ANSYS CFX и Cosmos Flow Simulation. Для проверки сходимости результатов расчеты проведены на трех типах сеток, содержащих 2 млн ячеек, 6 млн ячеек и 18 млн ячеек. Частота колебаний вихрей получена в результате применения метода частотного анализа, основанного на разложении Фурье, для результирующего перепада давления на крыле. Результаты представлены для несжимаемой среды (вода) в виде зависимостей амплитудно-частотных характеристик от времени. Выявлена зависимость точности результатов численного моделирования в зависимости от количества ячеек сетки. Анализ полученных результатов указывает на удовлетворительное согласование результатов численного моделирования между собой и данными физического эксперимента. Относительная погрешность данных численного моделирования не превышает 9 %, при этом наибольшее совпадение получено на расчетной сетке, содержащей 6 млн ячеек и использующей SST-модель турбулентности (расхождения не более 2,4 %). Сравнение данных численного и физического экспериментов показало удовлетворительное количественное совпадение. В качестве рабочей сетки рекомендовано принять сетку, содержащей 6 млн ячеек и использующей SST-модель турбулентности.
Ключевые слова
Анализируются недостатки, присущие классическим гидравлическим дросселирующим устройствам, применяемым в различных прецизионных системах. Авторами рассматриваются существующие методы управления потоком жидкой среды посредством изменения гидродинамического сопротивления рабочей жидкости гидравлической системы. Описываются физические основы реализации управления гидродинамическим сопротивлением магнитореологических и электрореологических рабочих сред. Производится анализ преимуществ использования подобных систем по сравнению с классической запорно-регулирующей гидравлической аппаратурой. Оцениваются преимущества применения магнитореологических регулирующих устройств по сравнению с электрореологическими регулирующими устройствами. На примере магнитореологических систем приводится метод расчета статических характеристик дросселирующих устройств, работающих за счет изменения гидродинамического сопротивления рабочей среды гидравлической системы. Приводится перечень исследований физико-химических свойств частиц магнетика, необходимых в определении параметров, требуемых для расчета управляющего сигнала. Представлены результаты, полученные при проведении сканирующей электронной микроскопии пробы магнитных частиц и спектроскопии магнитных частиц. Авторами описываются методы комбинированного управления расходными характеристиками потока посредством изменения реологических свойств рабочих сред. Рассматривается прикладное значение исследований неньютоновских свойств рабочих сред. Авторы приводят пример моделирования требуемых неньютоновских свойств магнитореологической жидкости за счет применения в качестве жидкости носителя дилатантной среды. Указываются преимущества, достигаемые при использовании подобных методов комбинированного управления расходными характеристиками потока посредством изменения реологических свойств рабочих сред и простейшие способы реализации описанных методов. Предлагается более эффективный метод комбинированного управления расходными характеристиками потока посредством вращающегося управляющего поля и дается обоснование возникающему физическому эффекту.
Ключевые слова
Неэффективное использование станков с ЧПУ на внутришлифовальных операциях из-за отсутствия нормативов и методик расчета оптимальных циклов привело к тому, что в современных автоматизированных производствах выбор параметров цикла производится вручную экспериментальным путем подбора режимов резания при существенном занижении их уровня. Для решения данной проблемы разработана методика расчета оптимальных циклов внутреннего шлифования, которая включает в себя модель процесса шлифования, математический метод оптимизации, целевую функцию и модели ограничений. Требование по обеспечению точности обрабатываемой поверхности является обязательным для любой операции шлифования. Поэтому ограничение по точности обработки относится к числу важнейших и обязательных в системе оптимизации режимных параметров цикла. В связи с тем, что внутреннее шлифование используется для обработки точных отверстий 6-7 квалитета, допуски на операционных картах задаются не только для диаметральных размеров, но и для отклонений формы и расположения, выполнение которых требует существенной корректировки цикла. Поэтому разработанная модель ограничений по точности для операций внутреннего шлифования позволяет рассчитать все основные виды погрешностей, возникающих в процессе внутреннего шлифования: погрешность диаметральных размеров, отклонение от круглости и цилиндричности, отклонение профиля продольного сечения, радиальное и полное радиальное биение. Все виды погрешностей в модели ограничений по точности определяются через фактические значения радиусов обрабатываемой поверхности, рассчитываемые путем моделирования процесса съема металла с каждого радиуса. Причем расчет фактических радиусов ведется с учетом исходного биения обрабатываемого отверстия и особенностей упругих деформаций технологической системы. Разработанная модель ограничений по точности обработки предназначена для использования в системе оптимизации автоматических циклов внутреннего шлифования с целью оптимального распределения по ступеням цикла значений программных подач и снимаемой части припуска, обеспечивающих заданную точность обрабатываемой поверхности.