旋转圆盘空蚀实验设备电机功率选择

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1、，●●●●●●÷设●计●●与●计●算●，。第4期机械设计与制造2010年4月MachineryDesign&Manufacture文章编号：1001—3997(2010)04—0001—02旋转圆盘空蚀实验设备电机功率的选择术刘诗汉I_陈大融(清华大学摩擦学国家重点实验室，北京100084)(空军第一航空学院，信阳464000)SelectionofthemotorpowerusedinrotatingdisccavitationtestequipmentLIUShi—han。．CHENDa—rong(StateKeyLaboratoryofTribology，TsinghuaU

2、niversity，Beijing100084，China)(TheFirstAviationCollegeoftheAirForce，PLA，Xinyang464000，China)中图分类号：TH16文献标识码：A1引言旋转网盘实验设备是常用的空蚀实验设备之一I。。。其特点是流场接近十水轮机叶片的：I：作流场、能产生破坏力强大的漩涡空化，并日．设备所需空间不大、实验成本相对较低，因而在实验室蚀研究中得到广泛应用，电机是该设备的主要部件之一。但这种设备大多由水泵或其他旋转机械改造而成其设讣至今没有一个明确的规范可循，通过对旋转圆盘实验设备的工作方式的分析，提f{j了两种电机功率

3、估算的方法。以实例对两种方法的安全裕度进行厂比较。并对转盘转速和尺寸对计算结果的影响进行了分析。图1转盘结构视图2旋转圆盘的结构Fig．1Viewsofrutationdisc：dR旋转圆盘的结构形式之一，如图1所示。转箍边沿的轴对称分布的方形凹槽用于嵌入试样，旁边(按旋转方向在凹槽之前)有一个扰流孔，当转盘在流体中旋转时扰流孔后产生尾流空化，使试样表面被空蚀。有时转盘上没有加工扰流孑L而是扰流柱，两者的作用相R2，都是产生空化。流体对转盘的冲击压力的分析用图，如图2所示。，转盘中旋转过程中，由于流体的'楮I生，其在转盘及试样表面彤图2流体对转箍的冲a；-压的分析用罔成的牯滞阻力

4、其中转盘的表面包括上下盘面和柱面。同时扰流Fig．2Analyticaldiagramforthecab：ulationofthepressureOn孑L切割液体产生的压差阻力电机做功需要克服这两方面的阻力。therotationdiscproducedbytheimpactofhighspeedfluid女来稿日期：2009—06—22-k基金项目：国家重点基础研究发展计划(2007cB7O77O2)，摩擦学匡I家重点实验室门主课题资HJJ(重点项目)2刘诗汉等：旋转圆盘空蚀实验设备电机功率的选择第4期lp3电机功率的估算方法=ndz(13)tx旋转圆盘实验台的流场是比较复杂的

5、，无法得到流体介质中a=14+()[670x(-0．6)％185](14)／3上，速度场和压力场的分布情况，这给准确计算流体的粘I生阻力和压差B=IO~s4(’一05)11(Ⅺr15)阻力带来了困难。为简化电机功率选择的计算过程，分别采用计算p=1·l一2·5(一0·5)1-7(g')4(16)定常流流体冲击结构表面形成的冲击压力的方法和设计搅拌器电式中：n—转盘转速，单位r／s；d—搅拌板外沿的直径；一凸起高机的方法，对旋转圆盘电机功率进行估算。度；6一叶片宽度；D一容器直径；日—所要均匀混合的液体3．1流体冲击压力法的高度。所有尺寸参数的单位为m。在空蚀实验中，流体介质通常为

6、水，粘滞阻力相对较小，即同方法一，要分别考虑由扰流孔和凸出安装的试样的搅拌效<<，为简化计算，将忽略，仅考虑压差阻力。应带来的功率消耗。对扰流孔，式(11)一(16)中的一些些尺寸参数根据流体力学理论，密度为P的流体以速度冲击固体表面取值为d=2R，h=，6=2r，至于H，由于实验并不要求混合任何时，在表面形成的伯努利滞止压强为[51：液体，则将其取为搅拌结构的高度，即H=h。对试样而言，这些尺P=(1)寸参数的值与扰流孔不同，d-d，h，6=6，H-h。。对以角速度旋转的转盘，在距离旋转中心R处流体冲击产生的压强可表示为：4计算实例及讨论取IX=0．001，p=lO00kg／m

7、3,n-48r／s，此时试样及扰流孔中心的P=_p=_p。(2)线速度为v-45m／s。转盘和试样安装的结构尺寸，如表1所示。按显然盘上具有不同旋转半径处所受的冲击压强不同，因此不公式(6)、(8)、(11)计算，如表2所示。同扰流孔微区产生的阻力也不同。对直径为2r，孔深h的扰流孔表1转盘和试样安装的结构尺寸(单位mm)在半径从RR+dR的微区内的阻力d为：Tab．1Dimensionsofdisc。specimen，andthestructuresd：p·dA=÷2R2hdR