Экспериментальное исследование колебательного процесса в цилиндрических трубах, заполненных газопузырьковой жидкостью

Вестник ТюмГУ. Физико-математическое моделирование. Нефть, газ, энергетика.


Выпуск:

2022. Том 8. № 4 (32)

Название: 
Экспериментальное исследование колебательного процесса в цилиндрических трубах, заполненных газопузырьковой жидкостью


Для цитирования: Зарипов Ф. А. Экспериментальное исследование колебательного процесса в цилиндрических трубах, заполненных газопузырьковой жидкостью / Ф. А. Зарипов, Г. И. Павлов, П. В. Накоряков, О. Р. Ситников // Вестник Тюменского государственного университета. Физико-математическое моделирование. Нефть, газ, энергетика. 2022. Том 8. № 4 (32). С. 81-94.

Об авторах:

Зарипов Фаиз Абузарович, аспирант кафедры специальных технологий в образовании, Казанский национальный исследовательский технический университет им. А. Н. Туполева — КАИ (г. Казань); zaripovfa@mail.ru

Павлов Григорий Иванович, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой специальных технологий в образовании, Казанский национальный исследовательский технический университет им. А. Н. Туполева — КАИ (г. Казань); pavlov16@mail.ru

Накоряков Павел Викторович, кандидат технических наук, доцент кафедры специальных технологий в образовании, Казанский национальный исследовательский технический университет им. А. Н. Туполева — КАИ (г. Казань); nakorjakov@mail.ru

Ситников Олег Рудольфович, кандидат технических наук, доцент кафедры специальных технологий в образовании, Казанский национальный исследовательский технический университет им. А. Н. Туполева — КАИ (г. Казань); halmer169990@mail.ru

Аннотация:

На практике волновым процессам в трубопроводах гидравлических систем, как правило, не уделяют внимания. Однако при совпадении частоты пульсаций давления в гидросистеме с частотой ее собственных колебаний могут возникнуть резонансные колебания. Они являются причинами нарушения работы гидравлических систем и разрушений трубопроводов. Для борьбы с таким эффектом иногда применяют механические приспособления (насосы различных типов, аттенюаторы, демпферы, активные устройства и пр.), конструктивно усложняющие гидравлические системы. Разработка альтернативных способов уменьшения воздействия волновых и вибрационных процессов на трубопроводы является актуальной научно-технической задачей. В работе рассмотрен метод гашения резонансных колебаний в гидросистеме путем подачи в акустический контур трубопровода пузырьков газа. Целью работы являлась разработка способа ослабления пульсаций в жидкости гидравлической системы и оценка его эффективности. Предложенный способ проверялся практически. Для этого был разработан экспериментальный стенд, имитирующий часть трубопровода гидравлической системы, в который подавались пузырьки газов. Экспериментальным методом определены резонансные частоты и уровни звука в жидкой среде, ограниченной трубой, закрытой с одной стороны, исследовано влияние подаваемого газа с разным объемным расходом на уровень звука в трубе на резонансных частотах основных гармоник и обертонов. Полученные в ходе исследования результаты позволяют сделать вывод, что подача газа в жидкую среду приводит к изменению свойств этой среды и, как следствие, к снижению уровня звукового давления в жидкости, на резонансных (собственных) частотах колебаний цилиндрических труб, закрытых с одного конца.

Список литературы:

  1. Андреева С. А. Инновационные методы диагностики тепловых сетей / С. А. Андреева // Новости теплоснабжения. 2017. № 4 (200). С. 22-38.
  2. Губайдуллин Д. А. Акустические волны в вязкоупругих пузырьковых средах / Д. А. Губайдуллин, Р. Н. Гафиятов // Теплофизика высоких температур. 2019. Том 57. № 1. С. 150-153. DOI: 10.1134/S0040364419010290
  3. Губайдуллин Д. А. Отражение и прохождение акустической волны через многофракционный пузырьковый слой / Д. А. Губайдуллин, Р. Н. Гафиятов // Теплофизика высоких температур. 2020. Том 58. № 1. С. 97-100. DOI: 10.31857/S0040364420010081
  4. Исакович М. А. Общая акустика: учеб. пос. / М. А. Исакович. М.: Наука, 1973. 495 с.
  5. Молочников В. М. Переход к турбулентности в канале при отрыве потока за поперечными выступами / В. М. Молочников, О. А. Душина, А. А. Паерелий, С. А. Колчин // Вестник Нижегородского университета им. Н. И. Лобачевского. 2011. № 4-3. С. 988-990.
  6. Накоряков В. Е. Распространение волн в газо- и парожидкостных средах / В. Е. Накоряков, Б. Г. Покусаев, И. Р. Шрейбер. Новосибирск: Ин-т теплофизики, 1983. 237 с.
  7. Нигматулин Р. И. Динамика многофазных сред: в 2 ч. / Р. И. Нигматулин. М.: Наука, 1987. Ч. 1. 464 с.
  8. Роскин А. Б. Устройства для стабилизации колебаний давления и расхода в тепловых сетях / А. Б. Роскин // Новости теплоснабжения. 2004. № 2. С. 23-31.
  9. Сунчари Р. А. Неустойчивость и автоколебания в гидравлических следящих приводах / Р. А. Сунчари, М. А. Машков, А. В. Матросов // Динамика и виброакустика. 2018. Том 4. № 3. С. 16-25. DOI: 10.18287/2409-4579-2018-4-3-16-25
  10. Федотовский В. С. Низкочастотная резонансная дисперсия звука в пузырьковых средах / В. С. Федотовский, Т. Н. Верещагина // Теплофизика и аэромеханика. 2007. Том 14. № 3. С. 445-448.
  11. Чернявский Л. И. Автоматическое регулирование паровых и газовых турбин: повышение надежности и точности систем с проточными гидроусилителями / Л. И. Чернявский. СПб.: Энерготех, 2003. 183 с.
  12. Шагапов В. Ш. Особенности преломления и отражения звука на границе пузырьковой жидкости / В. Ш. Шагапов, В. В. Сарапулова // Акустический журнал. 2015. Том 61. № 1. С. 40-48. DOI: 10.7868/S032079191406015X
  13. Avdeev A. A. Bubble Systems / A. A. Avdeev. Switzerland: Springer, 2016. XIX, 466 p. DOI: 10.1007/978-3-319-29288-5
  14. Temkin S. Suspension Acoustics: An Introduction to the Physics of Suspensions / S. Temkin. N. Y.: Cambridge University Press, 2005. 398 p. DOI: 10.1017/CBO9780511546129