раздел 2.6.) на коаксиальном канале, можно отметить, что при
Таблица 2.2
Условия экспериментального исследования режима ТАК у разных авторов
Авторы, годРазмеры каналаИсточник питанияЧастоты ТАКТип датчика1.Кафенгауз, Федоров,1966-1967?1,6х0,15х30Трансфор-матор ОСУ-20 (50Гц)4...11кГц,
?f = 1,25 ГцПьезодатчик давления2.Кичигин, Кесова,
1966-1967Коаксиальный
?нар = 6,0; 14,3; ?зазора =0,6; 0,8; 1,2; 1,85; 3,0 Не указано8...12 кГцПьезодатчик
фильтр ? 400Гц3.Каплан, Толчинская, 1969?2,52 х 0,25 х 135;
обогрев 15ммТрансфор-матор (50Гц)3...20 кГцПьезодатчик4.Кафенгауз, Федоров, 1968?0,8; 1,6; 2,3 х 0,2 х 30Трансфор-матор ОСУ20Не указаноПьезодатчик5. Герлига, Прохоров, 1971?4 х 1,0 х 1200, обогрев 500Переменный токНе указаноИндуктив-ный датчик
ДДИ-216. Ветров, Герлига, 1977?3,3; 4,4 х 0,8 х 1125, обогрев 960Перемен. ток, генератор АНГ-90250; 500 ГцИндуктив-ный датчик ДДИ-217. Васьянов, Кафенгауз, 1978
Коаксиальный ?нар =4,1; ?=3,0Переменный ток
50 Гц14 кГцПьезодатчик8. Ветров,
Шамин, 1979?3,3; 4,4 х 0,8 х 1125, обогрев 960Переменный ток
50 Гц600...1200 ГцИндуктив-ный датчик ДД-109. Прохоров, Герлига, 1976?6х1,0 х 1200,
обогрев 500Переменный ток
50 Гц300...1000 ГцИндуктив-ный датчик ДДИ-2110. Несис, Кульгина, 1979Тонкая проволока в большом объемеПостоянный ток (выпрямл.)Мех-ская раскачка проволокиНатяжение проволоки
(тензодатчик11. Зродников, Бошкова, 1997?0,5; 1,0; 1,5; 2,0; 3,0; 3,5 х 60; 100; 120,
?3 х 5 х 410Переменный и постоянный выпрямл. ток1,0...4,0 кГцИндуктив-ный датчик ДД-1012. Королев, Литвин,
1985-2002?3,3х0,25х1200, ?6,0х1,0 х1200, ?10х1,0 х1200, ?12х1,0 х1200,
обогрев 500Перемен., постоян. выпрямл. ток обогрев огнем300...500 ГцПьезодатчик, индуктив-ный датчик ДДИ-21высоких скоростях и малых диаметрах канала, такие наблюдения достаточно субъективны.
Как видно из экспериментов раздела 2.4., частота и амплитуда колебаний канала сильно зависит от конструкций его присоединений, от наличия ферромагнитных масс, вблизи канала, от степени натяжения канала, а так же от конструкции токоподводящих клемм. В процессе эксперимента было также установлено, что электродинамическая сила вызывает вибрации токоподводящих кабелей, а поскольку они жестко связаны с каналом и их масса превышает массу канала, то вибрация на экспериментальный канал может передаваться дополнительно еще и таким способом.
Таким образом, видим, что термоакустические колебания в обогреваемых каналах является многофакторным явлением, и определяться как внешними условиями - типом обогрева канала, конструкцией и материалом стенда и др. и внутренними условиями - сжимаемостью подкипающего потока, гидравлической характеристикой канала, а диагносцируются по шумам кипения.
Задачей дальнейшего исследования будет исследование влияния электродинамических вибраций трубки на теплообмен и гидродинамику электрообогреваемых каналов. Кроме этого, необходимо установить зависимости частоты и амплитуды колебаний стенки электрически обогреваемой трубки.
2.6. Установление влияния электродинамических сил на электрически обогреваемый канал
Для подтверждения того, что возбуждение ТАК происходит через действие электродинамической силы, необходимо оценить частоту и амплитуду колебаний стенки электрообогреваемых каналов.
Как известно, между двумя проводниками с током возникает сила Ампера, приводящая к взаимному притяжению или отталкиванию проводников, в зависимости от направлений токов в них и их взаимного расположения. В случае, если ток переменный или постоянный пульсирующий (например, выпрямленный), электродинамическая сила действует с частотой, равной удвоенной частоте греющего тока и силой, зависящей от величины тока и взаимного расположения проводников.
Обычно экспериментальный канал представляет трубку, к которой ток подводится силовым кабелем через клеммы, расположенные перпендикулярно оси трубки (рис. 2.31). Можно выделить два случая вынужденных колебаний трубки: изгибные колебания оси трубки и радиальные колебания стенок трубки.
Рис. 2.31 Типичное расположение канала 1, подводящих силовых кабелей 2 и токосъемных клемм 3, направление токов и сил Ампера
Однако, если расчет сил, действующих между системой взаимно пересекающихся проводников, широко представлен в теории электрических аппаратов (см. рис. 2.31), то простой и обоснованной зависимости для расчета электродинамической силы сжимающей трубку, найти не удалось.
В качестве модели представим трубку как систему параллельных проводников, ток по которым течет в одном направлении. Известно, что между каждой парой (рис. 2.32) таких проводников возникает электродинамическая сила притяжения [136, 138]
, (2.16)
где I1,2 - сила тока в каждом из элементарных проводников,
r - расстояние между рассматриваемыми проводниками,
?a - абсолютная магнитная постоянная,
l - длина трубки.
Рис. 2.32 Схема действия электродинамических сил между парой элементарных токов в токопроводящей трубке
При равномерном распределении силы тока I по сечению трубки значения взаимодействующих между собой элементарных токов будут определяться величиной охватывающих их секторов
и , (2.17)
Если продифференцировать (2.16) по I1 и затем по I2 , то
. (2.18)
С учетом (2.17) это уравнение преобразуется к виду
(2.19)
Отношение силы, возникающей между этими токами к единице площади боковой поверхности трубки, дает давление силы Ампера на элемент боковой поверхности трубки. При этом, выразив дугу боковой поверхности трубки через её радиус и центральный угол и подставив в (2.19), получим
. (2.20)
Из геометрических соображений , учитывая это, (2.20) преобразуется к виду:
. (2.21)
Проекция этого давления на радиус трубки дает (рис. 2.32)
Тогда внешнее давление на стенку трубки, аналогичное гидростатическому давлению, может быть найдено суммированием всех сил, дейст