Исследование течения и теплообмена в диаметральных дисковых вентиляторах при низких числах Рейнольдса тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.05 ВАК РФ

На правах рукописи

Приходько Юрий Михайлович

ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕЧЕНИЯ И ТЕПЛООБМЕНА В ДИАМЕТРАЛЬНЫХ ДИСКОВЫХ ВЕНТИЛЯТОРАХ ПРИ НИЗКИХ ЧИСЛАХ РЕЙНОЛЬДСА

01.02.05 - механика жидкости, газа и плазмы

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

0034bJ'оз

Новосибирск 2008

003453785

Работа выполнена в Институте теоретической и прикладной механики

им. С А. Христиановича Сибирского отделения Российской академии наук

Научный руководитель: доктор физико-математических наук, старший научный сотрудник В П. Фомичев.

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

главный научный сотрудник, профессор В К. Баев

доктор технических наук, профессор

зав. кафедрой отопления и вентиляции ТГАСУ МИ Шиляев

Ведущая организация: Институт теплофизики СО РАН

Защита состоится 12 декабря 2008 г. в 9 ч. 30 мин. на заседании Диссертационного совета Д 003.035 02 при Институте теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича СО РАН по адресу: 630090, г. Новосибирск, ул. Институтская, 4/1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института теоретической и прикладной механики СО РАН

Отзывы на автореферат, заверенные гербовой печатью организации, просьба направлять по указанному адресу в двух экземплярах не позднее, чем за две недели до защиты

Автореферат разослан «_»_2008 г.

Ученый секретарь Диссертационного совета

доктор технических наук

И М. Засынкин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Дисковые вентиляторы для перекачивания газов, которые можно отнести к машинам трения, отличаются от традиционных центробежных и осевых вентиляторов, которые относятся к машинам динамического действия, тем, что в них газ или жидкость перекачивается благодаря силе вязкого трения. Если в традиционных вентиляторах проявление сил вязкого трения перекачиваемой среды о поверхности крыльчаток и лопастей является отрицательным фактором, то в дисковых вентиляторах, наоборот, среда захватывается дисками, фиксируется в междисковом пространстве и вовлекается во вращательное движение благодаря вязкому трению. Возникающая при этом центробежная сила обеспечивает транспортировку газа или жидкости. Дисковые вентиляторы отличаются от осевых и центробежных большой устойчивостью работы в сетях с нагрузкой, отсутствием кавитации и малошумностью. Они имеют относительно большую поверхность рабочего элемента - ротора с дисками, что дает возможность совмещать в одном устройстве несколько функций, используя процессы, протекающие на границе газа с поверхностью. Например, можно осуществлять одновременно транспортировку газа и теплообмен, транспортировку и конденсацию влаги из газа, транспортировку и проведение химических реакций на поверхности дисков.

Зависимость рабочих характеристик диаметральных дисковых вентиляторов (ДЦВ) от основных геометрических и кинематических параметров устройства при атмосферном давлении и числах Рейнольдса Re > 2000 изучена на данный момент достаточно хорошо. Настоящая работа посвящена исследованию рабочих характеристик ДДВ при низких давлениях (Р < 40 Topp), малых числах Рейнольдса (Re < 1000) и больших температурных напорах с целью получения эмпирических методов расчета важнейших для проектирования характеристик тепло- и массообмена. Подобные условия (низкое давление около 10 Topp и температура порядка 300 °С) характерны для электроразрядных проточных С02-лазеров с конвективным охлаждением рабочей среды, в которых и предполагается использовать ДДВ.

Таким образом, в данной работе исследованы интегральные газодинамические и теплообменные характеристики диаметрального дискового вентилятора-теплообменника применительно к возможному его использованию в газодинамическом контуре С02-лазера.

Актуальность темы

В диссертации исследуется работа диаметрального дискового вентилятора как насоса и теплообменника. Результаты исследований нашли свое приложение при разработке газодинамического контура СОг-лазера большой мощности.

Физические процессы при взаимодействии тлеющего разряда с потоком газа определяют удельные энергетические характеристики, мощность излучения, устойчивость разряда и, как следствие, надежность и практическую значимость создаваемых электроразрядных проточных С02-лазеров с конвективным охлаждением рабочей среды. Для лазеров замкнутого цикла, какими являются технологические С02-лазсры, газодинамические и оптические характеристики определяются эффективностью используемых теплообменных и прокачных устройств. Именно они определяют установившееся распределение и величину скорости потока, температуру и избыточное давление, реализуемые в контуре лазера при выделении энергии в разрядной камере, особенно в случае работы при предельных энерговкладах. Поэтому исследования эффективности используемых теплообменных и прокачных устройств являются актуальными при разработке и создании новых установок.

Л '

Использование дискового вентилятора-теплообменника в проточном С02-лазере вместо традиционных центробежного вентилятора и пластинчатого теплообменника позволяет уменьшить массогабаритные характеристики конструкции и повысить скорость потока рабочей среды в разрядной камере лазера, что позволяет увеличить мощность излучения без увеличения размеров разрядной камеры и резонатора лазера.

Цели работы:

-получить экспериментальные данные о процессах массо- и теплообмена в диаметральном дисковом вентиляторе при низких числах Рейнольдса, характерных для С02-лазеров;

- выявить влияние различных геометрических и кинематических параметров вентиляторов на основные параметры его работы при низком давлении;

- обобщить результаты экспериментальных исследований в виде критериальных зависимостей для расчета расходных характеристик ДЦВ;

- исследовать работу лазера с дисковым вентилятором-теплообменником и оценить его перспективность;

-разработать конструкцию дискового вентилятора-теплообменника и газодинамического контура для С02-лазера большой мощности.

Достоверность результатов диссертационной работы определяется использованными экспериментальными методиками и подтверждается воспроизводимостью в многократных экспериментах, удовлетворительным согласованием с экспериментальными данными, полученными при опытной эксплуатации установок, спроектированных с использованием разработанных методик расчета.

Научная новизна и практическая ценность работы заключается в том, что: -получены экспериментальные данные о характеристиках процессов тепло- и мас-сообмена в диаметральных дисковых вентиляторах в неисследованных ранее диапазонах давлений и температур; -впервые обнаружен и исследован эффект кризиса расхода диаметрального дискового вентилятора при низких числах Рейнольдса. Дано объяснение этого эффекта; -проведен анализ влияния основных геометрических параметров ДДВ на их расходные характеристики при низком давлении. Даны рекомендации по выбору оптимальных параметров при проектировании подобных установок; -разработана эмпирическая методика расчета основных параметров массообмена в диаметральных дисковых вентиляторах, необходимая для проектирования таких аппаратов;

-впервые экспериментально обнаружен эффект тепловой неустойчивости работы диаметрального дискового вентилятора-теплообменника в замкнутом канале. Показано, что данное явление связано с проявлением струйного характера течения в замкнутом контуре лазера, предложен способ его преодоления; -рассчитаны характеристики и основные параметры установки для охлаждения газа в СОг-лазере, по которым был спроектирован, изготовлен и испытан пилотный вариант мощного С02-лазера; -экспериментально получены результаты, свидетельствующие о перспективности применения установок на основе диаметральных дисковых вентиляторов для эффективного охлаждения рабочего газа в СОг-лазере; -экспериментальные данные и обобщающие формулы могут быть использованы для построения теоретических моделей и при конструировании новых образцов различных устройств с использованием дисковых вентиляторов.

На защиту выносятся:

-результаты экспериментального исследования характеристик массо- и теплообмена в диаметральных дисковых вентиляторах при низких числах Рейнольдса; -обнаружение эффекта кризиса расхода при работе диаметрального дискового вентилятора при низких числах Рейнольдса и объяснение механизма его появления; -методика расчета расхода в диаметральных дисковых вентиляторах при малых числах Рейнольдса;

-обнаружение эффекта тепловой неустойчивости при работе диаметрального дискового вентилятора в замкнутом контуре и объяснение механизма его появления; -результаты экспериментального исследования эффективности применения дисковых вентиляторов в качестве теплообменников для эффективного охлаждения рабочего газа в С02-лазере; -конструкция газодинамического тракта С02-лазсра с дисковым вентилятором-теплообменником.

Апробация работы

Основные результаты работы докладывались на Международной конференции по методам аэрофизических исследований (Новосибирск, 2004, 2007, 2008), на XVI Международном симпозиуме: International Symposium on Gas Flow and Chemical Lasers & High Power Lasers Conference. (Gmunden, Austria, September 4-8, 2006), а также на научных семинарах ИТПМ СО РАН. Опытный образец установки в 2004 году был представлен на промышленной выставке в Ганновере (Германия). Кроме того, получен ПАТЕНТ на изобретение «Проточный газовый лазер» №2270499, приоритет 21.05.04.

Публикации

По теме диссертации опубликовано 11 печатных работ, список которых приведен в конце реферата.

Структура и объем диссертации

Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка цитируемой литературы из 105 наименований, приложений и 92 рисунков. Полный объем диссертационной работы 131 стр.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении кратко анализируется состояние вопроса. Обосновывается актуальность темы, формулируется цель работы. Приводится краткое описание диссертации по главам, и формулируются основные положения, выносимые на защиту.

Первая глава посвящена описанию дисковых вентиляторов. Говорится об истории их создания и исследования, о принципе действия и отличительных особенностях, а также о достоинствах и недостатках. Показано многообразие сфер возможного применения данного типа устройств. Отдельно рассмотрены примеры использования дисковых вентиляторов в качестве вакуумных насосов.

В частности, в §1.1 дается краткая характеристика насосов трения. В §1.2 рассказывается о центробежных дисковых вентиляторах и приводятся примеры их использования. § 1.3 посвящен описанию диаметральных дисковых вентиляторов, которые являются предметом исследования в данной работе. В § 1.4 формулируется цель проводимого исследования.

Вторая глава посвящена описанию методики и результатов экспериментального исследования газодинамики течения в диаметральных дисковых вентиляторах в

замкнутом контуре при низком давлении. Характерной особенностью этого течения являются отсутствие осевой симметрии течения и сильное влияние условий на входе и выходе аппарата на его характеристики. Вследствие этого теоретический анализ течения затруднен и в качестве главного средства исследования был выбран эксперимент. В главе подведены итоги экспериментальных исследований и представлены их результаты в виде эмпирических формул для нахождения объемного расхода через

Во введении ко второй главе приводится обзор современного состояния исследований газодинамики междисковых течений, обосновывается актуальность исследования и выбора его методов.

В §2.1 даются предварительные расчеты параметров экспериментальной установки на основе доступных из литературы эмпирических формул. Далее приводятся результаты исследований, проведенных на экспериментальном вакуумном стенде. Первые же эксперименты на этой установке показали, что после достижения некоторого критического значения давления скорость потока резко падает до нуля, т.е. вентилятор перестает создавать поток. Сравнение экспериментов с расчетами показывает, что методики оценки расхода газа по известным формулам не могут быть использованы для описания работы дискового вентилятора при низких (менее 40 Topp) давлениях.

В §2.2 приводится описание одной из установок (рис. 1), на которой проводились экспериментальные исследования. Измерения скорости газа производились с помощью трубки Пито и дифференциального жидкостного манометра. Скорость потока измерялась в выходном канале 5 при помощи трубки Пито, которую можно было перемещать по высоте канала от плоскости В до плоскости Н, как показано на рис. 1. Объемный расход рассчитывался как произведение средней скорости потока на площадь выходного сечения. Для визуализации течения применялся метод тонких нитей.

В таблице представлен диапазон изменения основных параметров на описываемом стенде и на еще двух, аналогичных, макетных установках.

Di, £>2, Du ь, (D3-D2)/2, О), Р.

мм мм мм мм мм об/с Topp

206 168-200 40-182 5-20 3-19 10-100 1-100, 760

360 274-314 100 5-40 23-43 100 8-22

510 450-500 110-200 5-20 5-30 3-100 5- 100, 760

В §2.3 описываются результаты экспериментов, проведенных с различными конфигурациями вентиляторов. Показано, что резкое уменьшение расхода газа в дисковом вентиляторе при уменьшении рабочего давления связано с перестройкой течения в выходном канале вентилятора и в междисковом пространстве ротора. И эффект этот проявляется как при уменьшении давления (рис. 2,а), так и при уменьшении числа оборотов ротора при фиксированном давлении (рис. 2,6).

аппарат при малых числах Рейнольдса.

Рис. 1. Схема вакуумного стенда. / - корпус, 2 - ротор с дисками, 3 - входной канал, 4 - выходной канал, 5 - разделительная перегородка, 6 - диски, 7- междисковые проставки.

Р, Topp ш, Гц

а б

Рис. 2. Зависимость среднего относительного расхода Q дискового вентилятора от давления (а) при со = 60 Гц и от числа оборотов со при Р = 60 Topp (б).

Q = (VF)/(co-Ri F), V - скорость потока газа в выходном канале, F - площадь сечения выходного канала, со- угловая скорость вращения ротора, Д2 - внешний радиус ротора.

Построение этих кривых в единой системе координат в зависимости от числа Рейнольдса, подсчитанного по междисковому зазору, показывает хорошее совпадение кривых (рис. 3). Это говорит о том, что природа кризиса течения в дисковом вентиляторе связана с соотношением между вязкими силами и силами инерции. Следовательно, определяющим критерием наступления кризиса расхода является не низкое давление, а малые числа Рейнольдса (Явь = (со R2-b)/v < 700).

Rcb

Рис. 3. Зависимость относительного расхода от числа Рейнольдса.

1-60 Topp, меняем обороты, 2-6 0 Гц, меняем давление.

В §2.4.1 приводятся основные соотношения, по которым проводилось обобщение результатов измерений. Показано, что кризис расхода наступает при ламинарном режиме течения газа. Для описания структуры течения между дисками вводится безразмерный параметр X = (b/l)-(co/vf5, где b - междисковый зазор, ш - угловая скорость вращения ротора, v - кинематическая вязкость среды. Этот параметр показывает, какую часть междискового зазора занимают пограничный слои на дисках. Поскольку толщину пограничного слоя на одиночном вращающемся диске при ламинарном течении можно оценить величиной S = (v/cof , то параметр X равен отношению половины междискового расстояния к толщине пограничного слоя: X = b/2S. Значение X = 1 означает, что пограничные слои занимают все междисковое пространство.

Для того чтобы ДДВ создавал поток, необходимо пространство между погранслоями, в которое воздух мог бы свободно входить. Поэтому уменьшение параметра Я ниже некоторого критического значения приводит к уменьшению объема входящего в междисковое пространство и выходящего из него газа, что, в свою очередь, приводит к уменьшению объемного расхода газа. Экспериментальные данные подтверждают, что кризис расхода наступает при значении X < 3.

В §2.4.2 сравниваются расходные характеристики при низком давлении центробежного дискового вентилятора (ЦДВ) и диаметрального дискового вентилятора (ДДВ). Делается вывод, что для ЦДВ при малых числах Рейнольдса кризис расхода не наступает и это связано с различным характером течения газа в междисковом пространстве. Действительно, для ДДВ кризис расхода связан с тем, что в замкнутой области вблизи вала ротора возникает разрежение, создающее силу, направленную к оси вращения. Эту силу уравновешивает центробежная сила в погранслоях, направленная наружу. Равновесие этих сил и «запирает» поток. У ВДВ имеются отверстия вблизи оси вала, через которые поступает воздух. Центробежная сила, действующая на газ, постоянно нарастает при движении по радиусу и не уравновешивается вязкими силами, поэтому кризис расхода не возникает.

В §2.4.3. исследуется влияние на расход газа основных параметров диаметральных дисковых вентиляторов при малых числах Рейнольдса. В частности, делаются выводы, о том, что: _ -влияние относительной высоты выходного канала h=h/R2 одинаково при низких и высоких числах Рейнольдса. В частности, оптимальным с точки зрения расходных характеристик можно считать значения 0.5 < h < 0.7; -влияние соотношения между радиусом R¡ внутренней кромки диска и радиусом R2 внешней кромки диска зависит от ширины междискового зазора. Для широкого междискового зазора (А > 3) функция относительного расхода от параметра 1 /r=R2/Rl возрастает во всем исследованном диапазоне значений. Для узкого канала расход резко падает после достижения некоторого критического значения; -величины междиского зазора b и зазора между обечайкой и кромкой дисков dоказывают существенное влияние на расходные характеристики диаметральных дисковых вентиляторов. Если оба эти размера малы, то при низком давлении может наступить кризис расхода. А увеличение одного из этих параметров при неизменном другом параметре может значительно отодвинуть момент наступления кризиса расхода;

-для значений Reb > 700 величина относительного расхода практически постоянна и определяется размерами дискового вентилятора, для Reb < 700 относительный расход может резко убывать до нуля; -распределение скорости потока по длине разрядной камеры такое же равномерное, как и при атмосферном давлении. Единственное существенное отличие - более сильное влияние боковых стенок канала в связи с увеличением кинематической

вязкости газа при низком давлении. В §2.5 показаны пути преодоления кризиса расхода и улучшения расходных характеристик ДДВ. Основными способами являются: -увеличение числа оборотов ротора; -расширение междискового зазора и

зазора до обечайки; -установка гребенки между гладкими дисками;

Рис. 4. Ротор диаметрального дискового вентилятора с радиальными лопатками

Рис. 5. Сравнение гладких дисков (/), гладки* дисков с гребенкой (2) и дисков с лопатками (3)1

—добавление радиальных лопаток на кромках дисков (рис. 4). Наиболее эффективным стало применение ротора с лопатками (рис. 5) в сочетании с оптимальными зазорами между дисками и зазором до обечайки.

§2.6 посвящен обобщению экспериментальных данных в виде эмпирических формул зависимости объемного расхода от различных параметров, определяющих работу ДЦВ, как для роторов с гладкими дисками, так и для дисков с лопатками. Вводятся два безразмерных параметра, позволяющие обобщить экспериментальные данные.

1. Параметр, характеризующий относительный объемный расход газа;

еА а,

- фактический расход газа, где V - фактическая, измеренная средняя скорость газа в выходном канале ¡м/с]. 5К - площадь сечения выходного канала [м-]. 0„ ~ .У, ■ 5 -2-а-N - я: ■( ¡1; - Н;) - ^\>/со - объем газа, «увлекаемый» погранслоями всех

вращающихся дисков в единицу времени, где 5Д = 2пл(Я2~ -Я\2) - площадь поверхности всех дисков [м~], 5 ~ (у/ш)° - величина, характеризующая^ тол щи ну погранслоя на вращающемся диске [м], у — кинематическая вязкость газа [м2/с], п - количество дисков, А' — частота вращения ротора [с ''].

2. Параметр, зависящий от числа Рейнояьдса, междискового расстояния и расстояния между дисками и обечайкой:

Обработкой всех экспериментальных данных, относящихся к изменению расхода газа, методом наименьших квадратов был получен безразмерный комплекс, описывающий зависимость безразмерного расхода от параметра К :

Для расчета объемного расхода газа для роторов с гладкими дисками при низких числах Рейнольде а получено соотношение

Тогда объемный расход газа ДДВ можно определить по формуле

= 0.16 ■ Л Оц^Ч32п-N ■ я {К;- Щ)-Я1-{Ь)'"' -{д)ал. Диапазон действия формулы:

16< Л <36; 2.7 < 1/г <4.8; 5 <1/6 <50; 0.02< ¿¿0.3; 0.5 < А <0.73, Для расчета объемного расхода дня роторов с лопатками при низких числах Рейкольдса получено соотношение

Й™, =~=0.34-|-2.75.

(I)

Тогда

=n-x.N-(Rl -ЩУфМ-Ъ-(¿»Г ■(dy^SS-^M. Диапазон действия формулы:

16<Л<63; 2Ц/П4; ЫУЬ <31; 0,07¿¿<0,3; 0,5<к <0.73.

Отклонение экспериментально найденных значений от вычисленных по приведенным выше соотношениям составило не более 15% для гладких дисков и 155% для дисков с лопатками.

На рис. 6 изображены экспериментальные точки и прямые, построенные по полученным выше формулам. Светлыми кружками 3 обозначены точки, отклонившиеся от расчетной прямой 1 и соответствующие наступлению кризиса расхода. Критическим для роторов с гладкими дисками является значение К = 16, поскольку для к < 16 велика вероятность наступления кризиса расхода. Для дисков с лопатками кризис расхода не наступает, но эффективность лопаточных дисков для Л < 16 ниже, чем гладких.

Ю 9

е

7

6

й 5 л

3

2

1

0

О 2 4 6 е 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36

Я

Рис, 6. Зависимость относительного расхода от параметра к для гладких дисков (1) и дисков о лопатками (2). Цифрой (3) обозначены точки, соответствующие экспериментам, в которых профиль скорости содержит нулевые и отрицательные значения.

§2.7 посвящен исследованию поля скоростей газового потока в области разрядной камеры С03-лазера, В §2.7.1 приведены результата измерений профилей скорости потока в различных сечениях газодинамического контура лазера при малых оборотах и атмосферном давлении, В §2.7.2, показаны профили скорости газа в разрядной камере лазера при низком давлении.

В §2.7.3 описывается одновременная работа двух роторов с лопатками в замкнутом контуре. ДДВ, расположенный непосредственно перед разрядкой камерой, можно считать нагнетающим, а вентилятор, расположенный после разрядной камеры, - всасывающим.

Подсчитаем параметр к отдельно для нагнетающего и всасывающего роторов. Для разобьем диапазон на две части: < 16 и Яиа,1 >16. Кроме того, зону параметров Д,т, удобно разбить на два диапазона значений: ДЦГ1[ < 32 и Ди[1| > 32. Тогда можно записать формулы для вычисления расхода двух одновременно работающих роторов с лопатками в замкнутом контуре:

С,™ = °.6 ■ , для < 16 и для всех Я,„п,.

= °-68• 2,™-» + 0-05-а., ДЛЯ Д,^ >16, ДИП1<32.

е,«,=о.81-еИ1+о.15-ая, .дам д^ж, дип>з2.

Здесь 2расч- расчетный расход газа в выходном канале, <2,ш„ и ()жж - расход газа для нагнетающего и всасывающего роторов соответственно, рассчитанные по формуле (2).

Из сопоставления формул можно сделать следующие выводы.

- Если число оборотов всасывающего ротора не очень велико или равно 0 (Д^ <16).то эффективность такой системы составляет всего 60% по сравнению с ситуацией, когда в замкнутом контуре работает только один ротор, а второй отсутствует. Это связано с большим гидравлическим сопротивлением, которое создает неподвижный или медленновращающийся всасывающий ротор.

- Для более высоких чисел Д^ эффективность выше, и когда число оборотов всасывающего ротора приближается к числу оборотов нагнетающего, то общая эффективность системы из двух роторов приближается к эффективности одиночного ротора.

В результате получены зависимости для определения искомых параметров с точностью 15-18%, достаточной для инженерного расчета аппаратов.

Третья глава. Проведенные исследования расходных характеристик диаметральных дисковых вентиляторов показали их практическую целесообразность и определенные преимущества при использовании в лазере перед другими типами аппаратов. Одной из характерных особенностей диаметральных дисковых вентиляторов является развитая поверхность дисков, что делает перспективным их использование в качестве теплообменников. В данной главе описывается опыт применения ДЦВ в качестве вентилятора-теплообменника для элекгроразрядного СОг-лазера с поперечным разрядом и конвективным охлаждением газа. В отличие от ранее используемых центробежных вентиляторов ДЦВ имеет ряд преимуществ: -сопротивление контура при использовании центробежного вентилятора носит турбулентный характер, что приводит к увеличению газодинамического сопротивления контура и увеличению потерь мощности. ДЦВ сохраняют ламинарный режим течения газа в контуре; -ДЦВ одновременно служит для нагнетания и охлаждения газа, а также для поворота потока в замкнутом контуре лазера. В лазерах с центробежными вентиляторами приходится использовать три разных устройства, увеличивающих габариты установки и гидравлическое сопротивление газодинамического контура.

Кроме этого, максимальная скорость вращения ротора ДЦВ может составлять 6000 об/мин, что позволяет получать скорость потока в разрядной камере более 100 м/с

В §3.1 приводится описание устройства лазера с использованием ДЦВ. На рис. 7. изображена схема охлаждения С02-лазера с дисковыми вентиляторами-теплообменниками. В корпусе, являющемся вакуумным объемом, размещены дисковые вентиляторы-теплообменники 1, два катода и анод, между которыми зажигают электрический разряд 2, а также оптическая система резонатора (на рис. 7. не показана) Одна пара вентиляторов нагнетает охлажденный газ в канал 5, после чего газ нагревается в разряде 2 и по каналу 3 поступает во вторую пару вентиляторов-теплообменников, в которых охлаждается до некоторой температуры, соответствующей наиболее эффективному режиму их работы. А затем предварительно охлажденный газ снова поступает в первую пару вентиляторов, которые дополнительно охлаждают газ и нагнетают его в зону разряда. Использование двух каналов-газопроводов с вентиляторами-теплообменниками для охлаждения одной общей газоразрядной камеры обеспечивает эффективную работу лазера путем ступенчатого снижения темпе-

ратуры потока до уровня, обеспечивающего полное тушение возбужденных молекулярных уровней молекул СО;.

Рис. 1. Принципиальная схема замкнутого контура лазера.

I - дисковые вентиляторы-теплообмен ники, 2 - объемный разряд, 3 - газопроводы горячего газа, 4 - газопроводы охлажденного газа, 5 - газопровод колодного газа.

В §3.2. приведены предварительные расчеты теплообмена для ДДВ применительно к С02-лазеру. Показано, что дисковый вентилятор с гладкими дисками, оптимальный с точки зрения газодинамики, при охлаждении дисков через вал ротора не позволяет снять требуемое количество тепла. Это связано с тем, что охлаждающая жидкость прокачивается по относительно тонкому валу и расстояние от холодного вала до горячей кромки дисков слишком велико для эффективного теплообмена. Если

уменьшать расстояние от вала до кромки диска для снижения термического сопротивления дисков и улучшения теплообмена, то это приведет к уменьшению расхода газа и не позволит получить необходимую скорость потока в разрядной камере. Выходом из этого противоречия стало предложение разместить охлаждающие трубочки ближе к кромке диска (рис. 8), оставив размеры R¡ и R2 неизменными, соответствующим лучшим расходным характеристикам. Эксперименты показали, что введение трубочек почти не влияет на расходные характеристики дискового вентилятора, незначительно увеличивая объемный расход, зато значительно улучшает условия теплообмена. В §3.3. приводятся результаты исследования тепловых характеристик на экспериментальной установке. Для определения эффективности теплообмена в контуре спроектированного лазера термопарами измерялась температура потока до и после разряда, а также температура охлаждающей воды на входе в установку и на выходе из нее. Показано, что тепло, подведенное к газу через электрический разряд, плюс тепло, возникающее в результате трения дисков ротора о рабо1гую газовую среду, с достаточной степенью точности соответствует количеству тепла уносимого водой.

В §3,4. исследовалась тепловая однородность потока вдоль оси ротора. Для этого, до и после разряда были установлены термопары с правой и с левой стороны от разряда (протяженность разряда ПОО мм). Термопары располагались в каналах J и 3 (см. рис. 7) в середине их сечения на расстояния 50 мм от краев анода. Эксперимент проводился следующим образом. После включения разряда устанавливался некоторый уровень мощности разряда. После выдержки в течение 5-10 минут проводилось измерение температуры и мощности разряда. Далее в течение некоторого времени (20 - 40 минут) установленная величина мощности не менялась. Производились измерения температуры газа.

Рис. 8. Охлаждение дисков жидкостью, прокачиваемой по трубкам.

Было выяснено, что температура после разряда на противоположных концах разрядного промежутка сильно отличаются (до 170 "С). Аналогичное изменение температуры наблюдается и в потоке перед разрядной камерой, то есть после прохождения газом системы охлаждения, но масштабы изменения меньше (около 30 °С). В разрядной камере возникала тепловая неоднородность. Было обнаружено также, что эта неоднородность нарастает во времени при неизменной мощности, вкладываемой в разряд. Это свидетельствует о тепловой неустойчивости потока в газовом контуре. Причиной тепловой неустойчивости является струйный характер течения в замкнутом контуре, когда газ, приведенный в движение вращающимися дисками, движется в направлении, параллельном плоскости дисков, и, попадая в следующий дисковый вентилятор, не меняет направления движения (рис. 9,а). Через разрядную камеру газ проходит в одном и том же месте. Электрическая мощность, выделяемая в газ в разряде, обратно пропорциональна плотности. Увеличение температуры газа при постоянном давлении приводит к уменьшению плотности в месте перегрева газа и к еще большему выделению тепла. Такова цепочка положительной обратной связи тепловой неустойчивости потока, проходящего через дисковые вентиляторы и разрядную камеру. Таким образом, не происходит перемешивания газа, и любая тепловая неоднородность между струйками тока сохраняется или даже увеличивается во времени.

Рис. 9. Схема течения газа в контуре лазера без перемешивания (□) и с перемешиванием (ó)

потока.

Очевидно, чтобы преодолеть тепловую неоднородность, необходимо ввести перемешивание струек тока, например использованием жалюзи, меняющих направление потока (рис, 9,6). В результате, применения таких жалюзи удалось добиться однородного потока перед разрядом.

В §3.5. обсуждаются прогнозируемые энергетические характеристики проектируемого СОз-лазера. Показано, что при правильно подобранном составе смеси рабочих газов и скорости потока газа до 100 м/с можно вложить в разряд мощность до 100 кВт и ожидать мощность излучения на уровне 12—16 кВт.

Четвертая глава посвящена экспериментальной проверке результатов исследования. На основании полученных в представляемой работе методик расчета характеристик тепломассообмена была спроектирована и изготовлена опытная установка СО;-лазера (рис. 10). При выборе геометрических параметров учитывались особенности поведения ДДВ при низких числах Рейнольдса, а также особенности теплообмена в замкнутом контуре.

В §4.1 приводятся результаты расчета параметров проектируемого аппарата с использованием полученных в предыдущих главах соотношений. §4.2 посвящен описанию конструктивных особенностей опытной установки. В §4.3 результаты расчетов сопоставляются с экспериментальными данными, полученными в ходе лабораторных испытаний установки. Экспериментальное значение расхода оказалось на 8.5 % меньше расчетного, что можно считать вполне удовлетворительным. Хорошее согласие достигнуто также и между экспериментальными и расчетными характеристиками теплообмена.

Рис. 10. Внешний вид ССЬ-лмера.

Таким образом, проведенное сопоставление проектировочных параметров с экспериментальными данными, полученными в ходе лабораторных испытаний установки, на практике подтвердило приемлемость полученных в настоящей работе методик расчета характеристик массо- и теплообмена диаметральных дисковых вентиляторов при низком давлении и пригодность ДДВ для создания мощных ССЬ-лазеров.

В заключении приводятся следующие основные результаты И выводы:

1. Получены экспериментальные данные по тепломассообмену в диаметральном дисковом вентиляторе при низких числах Рейнольдса. Впервые экспериментально обнаружен эффект запирания потока диаметрального дискового вентилятора при низких числах Рейнольдса (кризис расхода). Найден безразмерный параметр, значение которого полностью описывает этот эффект. Выбором оптимальных геометрических параметров и введением радиальных лопаток на дисках удалось преодолеть кризис расхода,

2. Получены эмпирические формулы расчета расхода диаметрального дискового вентилятора при низких числах Рейнольдса как для гладких дисков, так и для дисков с лопатками. Кроме того, обобщены результаты работы одновременно двух роторов в одном канале и получена эмпирическая формула для расчета объемного расхода.

3. Проведен анализ влияния основных геометрических параметров ДЦВ на их расходные характеристики при низком давлении. Даны рекомендации по выбору оптимальных параметров при проектировании подобных установок.

4. Впервые экспериментально обнаружен эффект тепловой неустойчивости работы диаметрального дискового вентилятора-теплообменника в замкнутом контуре. Показано, что данное явление связано с проявлением струйного характера течения в замкнутом контуре. Введением жалюзи, нарушающих струйный характер течения, удалось преодолеть эффект тепловой неустойчивости.

5. Экспериментально показано, что дисковый вентилятор, с вынесенными в поток охлаждающими трубочками, в состоянии обеспечить охлаждение рабочего газа до температуры, необходимой для работы СОг-лазера.

6. Рассчитаны характеристики и основные параметры установки для охлаждения газа в С02-лазере, по которым был спроектирован, изготовлен и испытан опытный вариант мощного СОглазера.

7. Применение устройств на основе ДДВ при низком давлении для эффективного охлаждения газа и обеспечения необходимой скорости потока в газовом контуре СО2-лазера является перспективным для таких аппаратов.

Список публикаций по теме диссертации

1. Афонин Ю.В , Голышев А.П., Оришич A.M., Приходько 10 М., Пузырев JI.H., Фи-лев В.Ф., Фомин В.М., Фомичев В.П. Кризис расхода в диаметральных дисковых вентиляторах при низком давлении // Доклады Академии наук. 2006. Т. 411, №2. С. 186-189

2. Патент № 2270499 РФ. МПК HOIS 3/22 (2006.01). Проточный газовый лазер / Голышев А П., Оришич А.М , Печурин В.А., Приходько Ю.М , Пузырев JI Н., Фомин В.М., Фомичев В.П., ФилевВ.Ф. Приоритет 21.05.2004. Опубл 20.02.2006 Бюл № 5, С. 495.

3. Афонин Ю.В., Голышев А.П., Оришич А М, Приходько Ю.М, Фомин В М., Фомичев В.П. Особенности работы диаметрального дискового вентилятора при низком давлении // Теплофизика и аэромеханика 2008. Т. 15, № 1. С 169-175.

4. Afonin Yu.V, Filev V.F, Fomin V M, Golyshev A.P, Orishich A M, Prikhod'ko Yu M, Fornichev V.P. Development of a compact electric-discharge C02 laser with a high radiation power up to 14 kW, convective cooling of the working environment and extended disk fan for gas bleeding // XVI Intern. Symp. on Gas Flow and Chemical Lasers & High Power Lasers Conf., Gmunden, Austria, September 4-8, Book of Summaries, Gmunden, 2006. P. 86.

5. Fomichev V.P., Prikhod'ko Yu.M., Naumov I.E., Chekhov V.P. Comparison of character-

istics of diametrical and centrifugal disk pumps // Intern Conf. on the Methods of Aero-phys. Research: Proc. Pt II. Novosibirsk, 2007. P. 9-12.

6. Afonin Yu.V, Golyshev A.P, Orishich A.M, Pravdin S.S., Prikhod'ko Yu M, Fomin V.M, Fomichev V P. Investigation of energy exchange in gas-dynamic contour of the C02 laser with the disk fans-heat exchangers // Intern. Conf. on the Methods of Aero-phys. Research: Proc. Pt III. Novosibirsk, 2007. P. 3-7.

7. Afonin Yu.V., Golyshev A.P., Fomichev V.P., Lebiga V.A., Naumov I E., Orishich A.M, Pak A.Yu , Prikhod'ko Yu.M., Zinoviev V.N. Application of hot-wire for fluctuation measurements in flows with low velocities and pressure // Intern Conf. on the Methods of Aerophys. Research: Proc. Pt. IV. Novosibirsk, 2007. P. 231-236.

8. Prikhod'ko Yu.M., Fomichev V.P. Influence of heat transfer on the flow-rate characteristics of a diameter disk pump // Intern. Conf on the Methods of Aerophys. Research: Proc. Pt. IV. Novosibirsk, 2004 P. 247-249.

9. Yu.V. Afonin, V.F. Filev, V.M. Fomin, A.P. Golyshev, A.G. Malikov, A.M. Orishich, Yu.M. Prikhod'ko, V.P. Fomichev. Space-saving electric-discharge C02 laser of high (up to 14 kW) radiation power, with convective cooling of the working medium and gas pumping by an extended disc fan // Intern. Conf. on the Methods of Aerophys. Research: Proc Pt. V. Novosibirsk, 2007. P. 40-44.

10. Afonin Yu V, Golyshev A.P, Orishich A M., Prikhod'ko Yu M, Fomichev V P. Thermal instability of a flow in the closed contour of the C02 laser with disc fans-heat exchangers // Intern. Conf. on the Methods of Aerophys. Research: Abstr. Pt. II. Novosibirsk, 2008. P. 49-50. [Полная версия: CD-ROM, Section V, 6 p. ISBN 978-5-98901-040-0]

11. Afonin Yu.V., Malikov A G., Prihodko Yu.M., Sigonin P.A., Orishich A M. Study of the influence of gas stream velocity and corona-discharge pre-ionization on limit energy characteristics of the transversal glow discharge with the convective heat exchange // Intern Conf. on the Methods of Aerophys. Research: Abstr. Pt. II. Novosibirsk, 2008, P. 53. [Полная версия: CD-ROM, Section V, 15 p ISBN 978-5-98901-040-0].

Ответственный за выпуск Ю М Приходько

Подписано в печать 6 11 2008 Формат бумаги 60 x84/16, Уел печ л 1 1 Уч -изд л 1 0, Тираж 100 экз , Заказ № 11

Отпечатано на ризографе ЗАО "ДОКСЕРВИС" 630090, Новосибирск, Институтская, 4/1

ВВЕДЕНИЕ.

Глава первая. ПРИПЦИ11 ДЕЙСТВИЯ И ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ДИСКОВЫХ ВЕНТИЛЯТОРОВ

ВВЕДЕНИЕ.:.!.

1.1. Насосы трения.

1.2. Центробежные дисковые вентиляторы.

1.3. Диаметральные дисковые вентиляторы.

1.4. Постановка задачи. Цель работы.

Глава вторая. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ РАСХОДНЫХ

ХАРАКТЕРИСТИК ДИСКОВЫХ ВЕНТИЛЯТОРОВ ПРИ НИЗКИХ ЧИСЛАХ РЕЙНОЛЬДСА.

ВВЕДЕНИЕ.

2.1. Предварительные расчеты.

2.2. Экспериментальная установка, постановка эксперимента, методики исследования.

2.3. Результаты экспериментов.

2.4. Обобщение экспериментальных данных.

2.4.1. Параметры обобщения.

2.4.2. Сравнение характеристик диаметрального и центробежного дисковых вентиляторов.

2.4.3. Влияние основных параметров на характеристики ДДВ.

2.4.3.1. Влияние высоты выходного канала.

2.4.3.2. Влияние безразмерного радиуса диска Я\/Я2.

2.4.3.3. Влияние величины междискового зазора Ъ и зазора до обечайки с!.

2.4.3.4. Влияние низкого давления на распределение скорости потока по длине разрядной камеры.

2.4.3.5. Влияние величины числа Яе^.

2.5. Возможные пути преодоления кризиса расхода.

2.5.1. Гребенка между дисками.

2.5.2. Лопатки на дисках.

2.5.3. Сравнение расходных характеристик лопаточных и безлопаточных роторов.

2.5.4. Влияние угла наклона лопаток па расходные характеристики.

2.5.5. Сравнение гладких дисков, гребенки и лопаток.

2.6. Получение эмпирических формул расхода.

2.7. Исследование поля скоростей газового потока в области разрядной камеры С02-лазера.

2.7.1. Течение газа к газодинамическом контуре лазера при атмосферном давлении.

2.7.1.1. Профили скорости в разных сечениях при разных режимах работы.

2.7.2. Течение газа в газодинамическом контуре лазера при низком давлении.

2.7.3. Одновременная работа двух роторов в одном замкнутом контуре.

ВЫВОДЫ.

Глава третья. ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛООБМЕНА В ДДВ.

ВВЕДЕНИЕ.:.

3.1. Описание устройства газодинамического контура лазера.

3.2. Предварительные расчеты теплообмена для дискового вентилятора.

3.3. Результаты экспериментов по исследованию дискового вентилятора.

3.4. Исследование тепловой однородности потока.

3.5. Энергетические характеристики лазера.

ВЫВОДЫ.

Глава четвертая. ОПЫТНАЯ ПРОВЕРКА РЕЗУЛЬТАТОВ.

ВВЕДЕНИЕ.

4.1. Расчет параметров опытной установки.

4.2. Конструктивные особенности опытной установки.

4.3. Лабораторные испытания установки. Сопоставление результатов с расчетом.

ВЫВОДЫ.

Дисковые вентиляторы для перекачивания газов, которые можно отнести к машинам трения, отличаются от традиционных центробежных и осевых вентиляторов, которые относятся к машинам динамического действия, тем, что в них газ или жидкость перекачивается благодаря силе вязкого трения. Если в традиционных вентиляторах проявление сил вязкого трения перекачиваемой среды о поверхности крыльчаток и лопастей является отрицательным фактором, то в дисковых вентиляторах, наоборот, среда захватывается дисками, фиксируется в междисковом пространстве, и вовлекается во вращательное движение благодаря вязкому трению. Возникающая при этом центробежная сила обеспечивает транспортировку газа или жидкости. Дисковые вентиляторы, отличаются от осевых и центробежных большой устойчивостью работы в сетях с нагрузкой, отсутствием кавитации и малошумностыо. Они имеют относительно большую поверхность рабочего элемента - ротора с дисками, что дает возможность совмещения в одном устройстве нескольких функций, используя процессы, протекающие на границе газа с поверхностью. Например, можно осуществлять одновременно транспортировку газа и теплообмен, транспортировку и конденсацию влаги из газа, транспортировку и химические реакции на поверхности дисков.

Зависимость рабочих характеристик диаметральных дисковых вентиляторов (ДДВ) от основных геометрических и кинематических параметров устройства при атмосферном давлении изучена в настоящее время достаточно хорошо. Настоящая работа посвящена исследованию рабочих характеристик ДДВ при низких числах Рейпольдса и больших температурных напорах с целью получения эмпирических методов расчета важнейших для проектирования характеристик тепло- и массообмепа. Данные условия (низкое давление около 10 торр и температура порядка 300°С) характерны для элекгроразряд-пых проточных ССЬ-лазеров с конвективным охлаждением рабочей среды, в которых и предполагается использовать ДДВ.

В настоящей работе полученные интегральные аэродинамические и теп-лообмеппые характеристики диаметральных дисковых вентиляторов - теплообменников использованы при создании СОг-лазера большой мощности.

Актуальность темы

В диссертации исследуется работа диаметрального дискового вентилятора как насоса и теплообменника. Результаты исследований нашли свое приложение при разработке газодинамического контура ССЬ-лазера большой мощности.

Физические процессы при взаимодействии тлеющего разряда с потоком газа определяют удельные энергетические характеристики, мощность излучения, устойчивость разряда и, как следствие, надежность и практическую значимость создаваемых электроразрядных проточных С02-лазеров с конвективным охлаждением рабочей среды. Для лазеров замкнутого цикла, какими являются технологические ССЬ-лазеры, газодинамические и оптические характеристики определяются эффективностью используемых теплообмен-пых и прокачных устройств. Именно они определяют установившееся распределение скорости потока и ее величину, температуры и избыточного давления, реализуемые в контуре лазера при выделении энергии в разрядной камере, особенно в случае работы при предельных энерговкладах. Поэтому исследования эффективности используемых теплообменпых и прокачных устройств являются актуальными при разработке и создании новых установок.

Использование дискового вентилятора-теплообменника в проточном ССЬ-лазере вместо традиционных центробежного вентилятора и пластинчатого теплообменника позволяет уменьшить массогабаритные характеристики конструкции и повысить скорость потока рабочей среды в разрядной камере лазера, что позволяет увеличить мощность излучения без увеличения размеров разрядной камеры и резонатора лазера.

Цели работы:

- Получить экспериментальные данные о процессах массо- и теплообмена в диаметральном дисковом вентиляторе при низких числах Рейнольдса, характерных для ССЬ-лазеров.

- Выявить влияние различных геометрических и кинематических параметров вентиляторов на основные параметры его работы при низком давлении.

- Получить количественные данные об интенсивности теплообмена в диаметральных дисковых вентиляторах при давлениях, характерных для

С02-лазеров.

- Обобщить результаты экспериментальных исследований в виде критериальных зависимостей для расчета расходных характеристик ДДВ.

- Разработать конструкцию дискового вентилятора-теплообменника и газодинамического контура для С02-лазера большой мощности.

- Исследовать работу лазера с дисковым вентилятором-теплообменником и оценить его перспективность.

Достоверность результатов диссертационной работы определяется исполь-зоваипыми экспериментальными методиками и подтверждается воспроизводимостью результатов в многократных экспериментах; удовлетворительным согласованием с экспериментальными данными, полученными при опытной эксплуатации установок, спроектированных с использованием разработанных методик расчета.

Научная новизна работы и практическая ценность работы заключается в том, что:

- Получены экспериментальные данные о характеристиках процессов тепло- и массообмена в междисковом канале диаметральных дисковых вентиляторов в неисследованных ранее диапазонах давлений и температур.

- Впервые обнаружен и исследован эффект кризиса расхода диаметрального дискового вентилятора при низких числах Рейнольдса. Дано объяснение этого эффекта.

- Проведен анализ влияния основных геометрических параметров ДДВ на их расходные характеристики при низком давлении. Даны рекомендации по выбору оптимальных параметров при проектировании подобных установок.

- Разработана эмпирическая методика расчета основных параметров массо-обмена в диаметральных дисковых вентиляторах, необходимая для проектирования таких аппаратов.

- Впервые экспериментально обнаружен эффект тепловой неустойчивости работы диаметрального дискового вентилятора - теплообменника. Показано, что данное явление связано с проявлением струйного характера течения в замкнутом контуре.- Рассчнтапы характеристики и основные параметры установки для охлаждения газа в С02-лазере, по которым был спроектирован, изготовлен и испытан пилотный вариант мощного ССЬ-лазера.

- Экспериментально получены результаты, свидетельствующие о перспективности применения установок на основе диаметральных дисковых вентиляторов для эффективного охлаждения рабочего газа в ССЬ-лазере.

- Полученные экспериментальные данные и обобщающие формулы могут быть использованы для построения теоретических моделей и при конструировании новых образцов различных устройств с использованием дисковых вентиляторов.

На защиту выносятся

- Результаты экспериментального исследования характеристик массо- и теплообмена в диаметральных дисковых вентиляторах при низких числах Рейнольдса.

- Обнаружение эффекта кризиса расхода при работе диаметрального дискового вентилятора и объяснение механизма его появления.

- Методика расчета расхода в диаметральных дисковых вентиляторах при низких числах Рейнольдса.

- Обнаружение эффекта тепловой неустойчивости при работе диаметрального дискового вентилятора в замкнутом контуре и объяснение механизма его появления.

- Результаты экспериментального исследования эффективности применения дисковых вентиляторов в качестве теплообменника для эффективного охлаждения рабочего газа в С02-лазере.

- Конструкция газодинамического тракта СОг-лазера с дисковым вентилятором-теплообменником.

Апробация работы

Основные результаты работы докладывались па Международной конференции по методам аэрофизических исследований (Новосибирск, 2004г, 2007г, 2008г.), на XVI Международном симпозиуме: International Symposium on Gas Flow and Chemical Lasers & High Power Lasers Conference. (Gmunden, Austria, September 4-8, 2006), а также на научных семинарах ИТПМ СО РАН. Опытный образец установки в 2004 году был представлен на промышленной выставке в г. Ганновер (Германия). Получен ПАТЕНТ па изобретение «Проточный газовый лазер». №2270499. Приоритет 21.05.04 г. Структура и объем диссертации.

Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка цитируемой литературы из 105 наименовании и 92 рисунков. Полный объем диссертационной работы 131 стр.

Результаты работы легли в основу при оформлении двух Патентов РФ на изобретения [104, 105]. Кроме того, образец С02-лазера с дисковыми вентиляторами-теплообменниками в 2004 году был представлен на международной промышленной выставке в Ганновере (Германия).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В настоящей работе получены следующие основные результаты:

1. Получены экспериментальные данные по тепло- массообмену в диаметральном дисковом вентиляторе при низких числах Рейнольдса. Впервые экспериментально обнаружен эффект запирания потока диаметрального дискового вентилятора при низких числах Рейнольдса (кризис расхода). Найден безразмерный параметр, значение которого полностью описывает этот эффект. Выбором оптимальных геометрических параметров и введением радиальных лопаток па дисках удалось преодолеть кризис расхода.

2. Получены эмпирические формулы расчета расхода диаметрального дискового вентилятора при низких числах Рейнольдса, как для гладких дисков, так и для дисков с лопатками. Кроме того, обобщены результаты работы одновременно двух роторов в одном канале и получена эмпирическая формула для расчета объемного расхода.

3. Проведен анализ влияния основных геометрических параметров ДДВ па их расходные характеристики при низком давлении. Даны рекомендации по выбору оптимальных параметров при проектировании подобных установок.

4. Впервые экспериментально обнаружен эффект тепловой неустойчивости работы диаметрального дискового вентилятора-теплообменника в замкнутом контуре ССЬ-лазсра. Показано, что данное явление связано с проявлением струйного характера течения в замкнутом контуре. Введением жалю-зей, нарушающих струйный характер течения, удалось преодолеть эффект тепловой неустойчивости.

5. Экспериментально показано, что дисковый вентилятор, с вынесенными в поток охлаждающими трубочками, в состоянии обеспечить охлаждение рабочего газа до температуры необходимой для работы С02-лазера.

6. Рассчитаны характеристики и основные параметры установки для охлаждения газа в С02-лазере, по которым был спроектирован, изготовлен и испытан пилотный вариант мощного С02-лазера.

7. Показано, что устройства на основе ДДВ являются перспективными для использования в газовых контурах С02-лазеров.

1. Мисюра В.И., Овсянников Б.В., Присняков В.Ф. Дисковые насосы. М.: Машиностроение, 1986.

2. Мисюра В.И. Экспериментальное исследование течения несжимаемой жидкости между двумя вращающимися дисками. // ИВУЗ. Энергетика. -1977.-N5.

3. Райе. Теоретическое и экспериментальное исследование многодисковых турбин. // Энергетические машины и установки. 1965. - Т. 87. -N 1. - С. 34-43.

4. Humphrey J.А.С., Schuler С.А., Iglesias I. Analysis of Viscous Dissipation in Disk Storage-Systems and Similar Flow Configurations. // Physics of Fluids A. Fluid Dynamics. 1992. - Vol. 4. - Iss 7. - pp. 1415-1427.

5. В.П. Фомичев, C.B. Хайдаров. Экспериментальное исследование массо-обмепных характеристик диаметрального дискового насоса трения. // Теплофизика и аэромеханика. 1999. - Т. 6. - N 4. - С. 549-554.

6. Хайдаров С.В. Экспериментальное исследование тепло- и массообмена в диаметральных дисковых вентиляторах: Дисс. канд.техн.наук 01.02.05 -Новосибирск, 2000.

7. Tesla N. Turbine, US, No 1061142, 1913, May 6

8. Жуковский H.E. О трении жидкости при большой разности скоростей ее струй. Доклад па пятом водопроводном съезде в Киеве в 1901г. Собрание сочинений т.Ш, 1949.

9. The Tesla Stream Turbine. Scientific American, September 30, 1911, pp. 296297.1 l.Bladeless Turbines. Engineering (of London). November 10, 1911, p.637

10. В. Mergeault. Les Turbines de Frottement ou turbines Tesla. // Revue de Mécanique. June 1914, pp.538-544.

11. Theory of the Tesla Turbine. Engineering (of London). April 16, 1915, pp.425.

12. Шенберг С.П. Гидродинамика вязкой жидкости и гидравлические фрикционные машины. Киев: 1915.

13. Райе. Теоретическое и экспериментальное исследование многодисковых насосов и компрессоров. // Энергетические машины и установки. 1963. -Т. 85. - N 3. - С. 35-46.

14. Мисюра В.И., Дронов Ю.В. Сравнение экспериментальных характеристик дискового и лопаточного центробежного насосов. // Известия ВУЗов. Авиационная техника. 1972. -N2. - С. 146-149.

15. Мисюра В.И. Ламинарное течение несжимаемой жидкости между двумя вращающимися дисками. // Изв. АН СССР. МЖГ. 1972. - N 5. - С. 178183.

16. Мисюра В.И. Определение гидравлических потерь в дисковом насосе. // Изв. вузов. Авиационная техника. 1979. -N 3. - С. 34-43.

17. Мисюра В.И. О подобии дисковых насосов. // Изв. вузов. Энергетика. -1980.-N7.-C. 69-71.

18. Перельман Р.Г., Поликовский В.И. Дисковые машины трения в качестве вентиляторов и воздуходувок. // Водоснабжение и санитарная техника. -1964.-N 10.-С. 7-8.

19. Куликов Г.С., Парщик С.А. Исследование внешних характеристик дисковых вентиляторов для местных кондиционеров. // Водоснабжение и санитарная техника. -N8. 1967. - С. 36-40.

20. Miller G.Е., Sidhu A., Fink R., Etter B.D. Evaluation of a Multiple Disk Centrifugal Pump as an Artificial, Ventricle. // Artificial Organs. 1993. - Vol. 17. - Iss 7. - pp 590-592.

21. Miller G.E., Madigan M., Fink R. A Preliminary Flow Visualization Study in a Multiple Disk Centrifugal Artificial Ventricle. // Artificial Organs. 1995. -Vol. 19. - Iss 7. - pp. 680-684.

22. Шиляев М.И. Гидродинамическая теория ротационных сепараторов. Томск: Издательство ТГУ, 1983.

23. Шиляев М.И., Шиляев A.M. Аэродинамика и тепломассообмен газодисперсных потоков: Учебное пособие. Томск: Издательство ТГАСУ, 2003.

24. Tesla N. Improved Process of and Apparatus for Production of High Vacua, GB, No 179043, 1921, Mar. 24

25. Edwin Grote. Improvement in pumps for obtaining High Vacua. GB336001, 1929. July.9.

26. Kazuaki Nakamura. High vacuum pump. 1978, US4090815. May 23.

27. Henrich Lötz. Vacuum pump, US4826394, 1989, May 2.

28. Martin Muhlhoff et al. Gas friction vacuum pump having at least three differently configured pump stages releasably connected together. US5553998, 1996, Sep. 10.

29. Gtinter Schütz, Köln et al. Gas friction vacuum pump having a cooling system. US5577883, 1996, Nov.261.

30. Heinrich Englander. Friction vacuum pump with bearing support. US5662456, 1997, Sep.2.

31. Robert Stolle. Friction vacuum pump. US6168374B1, 2001, Jan.2.

32. Ralf Adamietz. Friction vacuum pump with active pumping elements. WOOl/11240A1. 2001. Feb.15.

33. Ralf Adamietz. Frictional vacuum pump with chassis, rotor, housing and device fitted with such a frictional vacuum pump. US6457954B1, 2002, Oct.l.

34. Wayne Conrad. Vacuum cleaner. US2004/0035093A1. 2004. Feb.26.

35. Roland Blumenthal. Compound friction vacuum pump. US6890146. 2005. May. 10.

36. Edwin Hayes. Multi stage dry vacuum pump for high vacuum applications. US2005/0214108A1. 2005. Sep.29.

37. Heinrich Englander. Friction vacuum pump. US7011491B2, 2006, Mar.14.

38. Heinrich Englander. Multy-stage friction vacuum pump. US2007/0081889A1. 2007. Apr. 12.

39. Wolfgang Gaede. Improvements in and relating to Apparatus for Producing High Vacua. GB27457, 1909, Jan.2.

40. Andrew Fowell. Fluid moving means. US3275223, 1966. Sept.27.

41. Авторское свидетельство № 985443. Приоритет от 22.07.81. Дисковый диаметральный вентилятор. А.Г. Коровкин, Ю.М. Костырин.

42. Авторское свидетельство № 985444. Приоритет от 4.01.81. Дисковый вентилятор. И.Ю. Юодвалькис.

43. Авторское свидетельство № 1663241. Приоритет от 28.01.85. Ротор тангенциального вентилятора. П.И. Беломестпов.

44. Авторское свидетельство № 1666159. Приоритет от 4.01.87. Центробежный отделитель. П.И. Беломестнов.

45. Авторское свидетельство № 1679142. Приоритет от 30.05.86. Устройство для осушения и очистки воздуха. П.И. Беломестнов.

46. Авторское свидетельство № 1681057. Приоритет от 30.01.86. Дисковый насос. П.И. Беломестнов.

47. Авторское свидетельство № 1768801. Приоритет от 8.04.88. Дисковый насос. П.И. Беломестнов.

48. Авторское свидетельство № 1725602. Приоритет от 19.05.88. Ротор тангенциального нагнетателя. П.И. Беломестнов.

49. Авторское свидетельство № 1795685. Приоритет от 15.07.88. Способ подготовки к работе дискового тангенциального насоса. П.И. Беломестнов.

50. Патент Российской Федерации RU2255282C2. Дисковый теплообменник. Низовцев М.И., Терехов В.И., Яворский А.И., 27.06.2005.

51. Низовцев М.И. Экспериментальное исследование динамических и тепловых характеристик дискового вентилятора регенератора тепла вентиляционного воздуха. //Известия вузов. Строительство. - 2007. - №10. - С. 46-50.

52. Патент Российской Федерации RU2133935. Теплообменник. Баев В. К., Потапкии А. В., Яковлев В. Н., Долматов В. JL, Трубицин А. И., Фролов А. Д., Чусов Д. В.

53. Коровкин А.Г. Аэродинамические схемы и характеристики диаметральных вентиляторов ЦАГИ с различной шириной колеса. //Промышленная аэродинамика. 1966. - вып. 28. - С. 214-235.

54. Коровкип А.Г., Феофилактов А.Н. Параметрические исследования диаметрального вентилятора с высоким КПД. // Промышленная аэродинамика. 1991. - вып. 4 (36). - С. 308-326.

55. Авторское свидетельство SU № 1718314, Н 01 S 3/22. Приоритет от 11.03.81. Проточный газовый лазер. В.К. Баев, П.И. Беломестнов, Е.И. Вя-зович, Ю.А. Якоби.

56. Баев В.К. Разработка и обоснование рациональных схем и методов расчета эпергопреобразующих устройств на базе роторных дисковых машин многофункционального иазначения.//Итоговый отчет по Интеграционному проекту № 44, 2002.

57. Pinotti М., Rosa E.S. Computational Prediction of Hemolysis in a Centrifugal Ventricular Assist Device. // Artificial Organs. 1995. - Vol. 19. - Iss 3. - pp. 267-273.

58. Weyburne D.W., Ahern B.S. Design and operating considerations for a water-coolcd close-spaced reactant injector in a production scale MOCVD reactor. // Journal of Crystal Growth. 1997. - Vol. 170. - Iss 1-4. - pp. 77-82.

59. Breiland W.G., Evans G.H. Design and Verification of Nearly Ideal Flow and Heat-Transfer in a Rotating-Disk Chemical Vapor-Deposition Reactor. // Journal of the Electrochemical Society. 1991. - Vol. 138. - Iss 6. - pp. 18061816.

60. Gurary A.I., Thompson A.G., Stall R.A., Kroll W.J., Schumaker N.E. Investigation of the Wafer Temperature Uniformity in an OMVPE Vertical Rotating-Disk Reactor. // Journal of Electronic Materials. 1995. - Vol 24. — Iss 11.— pp. 1637-1640.

61. Hamza E.A. Unsteady-Flow Between 2 Disks with Heat-Transfer in the Presence of a Magnetic-Field. // Journal of Physics. D. Applied Physics. 1992. -Vol. 25. - Iss 10. - pp. 1425-1431.

62. Kalkan A.K., Talmage G. Heat-Transfer in Liquid-Metals with Electric Currents and Magnetic-Fields. The Conduction Case. // Int. Journal of Heat and Mass Transfer. 1994. - Vol. 37. - Iss 3. - pp. 511-521.

63. Kumari M., Takhar H.S., Nath G. Nonaxisymmetric Unsteady Motion over a Rotating-Disk in the Presence of Free-Convection and Magnetic-Field. // Int. Journal of Engineering Science. 1993. - Vol. 31. - Iss 12. - pp. 1659-1668.

64. Byars J.A., Oztekin A., Brawn R.A. McKinley G.H. Spiral instabilités in the flow of highly elastic fluids between rotating parallel disks. // Journal of Fluid Mechanics. 1994. - Vol. 271. -pp. 173-218.

65. Мэтч, Райе. Течения при низких числах Рейнольдса между вращающимися дисками с частичным впуском. // Прикладная механика. 1967. - Т. 34. -N3.-C. 337-339.

66. Мэтч, Райе. Потенциальное течение между двумя параллельными круговыми дисками с подачей жидкости через щели. //Прикладная механика. -1967.-T. 34.-N 1.-С. 129-131.

67. Бойд, Райе. Ламинарное течение между вращающимися дисками при подводе несжимаемой жидкости с периферии. // Прикладная механика. -1968. T. 35.-N2.-C. 22-31.

68. Бойэк, Райе. Интегральное решение для ламинарного радиального направленного наружу течения вязкой жидкости в зазоре между параллельными неподвижными дисками. // ТОИР. 1970. -N 3. - С. 245-246.

69. Макалистер, Райе. Течения между вращающимися осесимметричными поверхностями, имеющие подобные решения. // Прикладная механика. -1970.-Т. 37.-N4.-С. 35-42.

70. Бойак, Райе. Интегральный метод анализа течения между совместно вращающимися дисками.//ТОИР. 1971.-N3.-С. 15-20.

71. Патер, Краугер, Райе. Определение режима течения между совместно вращающимися дисками. // ТОИР. 1974. -N 1. - С. 122-128.

72. Мэтч, Райе. Асимптотическое решение для ламинарного течения несжимаемой жидкости между вращающимися дисками // Прикладная механика.- 1968.-Т. 35.-N3.-C. 300-305.

73. Beans W.E. Investigation Into the Performance Characteristics of a Friction Turbine. // Journal of Spacecraft and Rockets. 1966. - Vol. 3. - N 1. - pp. 131-134.

74. Шлихтинг Г. Терия пограничного слоя. M.: Наука, 1969.

75. Дорфман Л.А. Гидродинамическое сопротивление и теплоотдача вращающихся тел. М.: Физматгиз, 1960.

76. Breiter M.С., Pohlhausen К. Laminar Flow between Two Parallel Rotating Disks. //ARL 62-318, Aeronautical Research Laboratory, USAF, Dayton, Ohio, Mar. 1962.

77. Хазипгер, Ксрт. Исследование насоса трения. // Энергетические машины и установки. 1963. - Т. 85.-N 3. - С. 47-55.

78. Peubc J.L., Kreith F. Écoulement permanent d'un fluide visqueux incomressible entre deux disques parallèles en rotation // Journal de Mécanique. 1966. - Vol. 5. - N 2. - pp. 261-286.

79. Миронов Г.Г. Расчет ламинарного течения жидкости между двумя вращающимися дисками. // Тр. МВТУ. 1969. - Т. 132. - С. 264-277.

80. Горин А.В., Шиляев М.И. Ламинарное течение жидкости между вращающимися дисками. //Изв. АН СССР. МЖГ. 1976.- N2. -С. 152-155.

81. Федоров Б.И., Плавник Г.З., Прохоров И.В., Жуховицкий Л.Г. Исследование переходного режима течения па вращающемся диске. // ИФЖ. 1976. -Т. 31.-N 6.-С. 1060-1067.

82. Faller A.J. Instability and Transition of Disturbed Flow over a Rotating-Disk. // Journal of Fluid Mechanics. 1991. - Vol. 230. - Iss SEP. - pp. 245-269.

83. Cooper A.J., Carpenter P.W. The stability of rotating-disc boundary-layer flow over a compliant wall .1. Type I and II instabilities. // Journal of Fluid Mechanics. 1997. - Vol. 350. - pp. 231-259.

84. Cooper A.J., Carpenter P.W. The stability of rotating-disc boundary-layer flow over a compliant wall .2. Absolute instability. // Journal of Fluid Mechanics. -1997. Vol. 350. - pp 261-270.

85. Lingwood R.J. On the effects of suction and injection on the absolute instability of the rotating-disk boundary layer. // Physics of Fluids. 1997. - Vol. 9. - Iss 5. - pp. 1317-1328.

86. Bassom A.P., Hall P. Concerning the Interaction of Nonstationary Cross-Flow Vortices in a 3-Dimensional Boundary-Layer. // Quaterly Journal of Mechanics and Applied Mathematics. 1991. - Vol. 44. - Iss FEB. - pp. 147-172.

87. Chang C.J., Humphrey J.A.C., Greif R. Calculation of turbulent convection between corotating disks in axisymmetric enclosures. // Int. J. Heat Mass Transfer. 1990. - Vol. 33.-N 12.-pp. 2701-2720.

88. Humphrey J.A.C., Gor D. Experimental observations of an unsteady detached shear layer in enclosed corotating disk flow. // Physics of Fluids A. Fluid Dynamics. 1993. - Vol. 5.-No 10. - pp. 2438-2442.

89. Hcrreo J., Giralt F., Humphrey J.A.C. Influence of geometry on the structure of the flow between a pair of corotating disks. // Physics of Fluids A. Fluid Dynamics. 1999. - Vol. 11. - No. 1. -pp. 88-96.

90. Баев B.K., Климчик Г.В. Фролов А.Д., Чусов Д.В. Методика расчета гидравлических и тепловых характеристик дисковых роторных машин с тангенциальным входом и выходом рабочего тела. /Отчет ИТПМ СО РАН. -пр157/53-99.

91. Вулис JI.A. Термодинамика газовых потоков, Госэнергоиздат, 1950.

92. Афонии Ю.В., Голышев А.П., Оришич A.M., Приходько Ю.М., Пузырев Л.Н., Филев В.Ф., Фомин В.М., Фомичев В.П. Кризис расхода в диаметральных дисковых вентиляторах при низком давлении //Доклады Академии Наук, т.411 №2, 2006. С. 186-189.

93. Yu.V. Afonin, E.Yu. Bobrovnikova, A.G. Malikov, A. M. Orishich, S.S. Pravdin, V.P. Fomichev Working environment heat exchange in electrodigit C02 laser of the closed cycle. // Int. Conf. on the Methods of the Aerophysical Research. Novosibirsk 2004

94. X. Уонг Основные формулы и данные по теплообмену для инженеров. Справочник. Москва: АТОМИЗДАТ, 1979.

95. Оришич A.M., Пузырев Л.Н., Фомичев В.П. «Устройство для осушения, очистки газа и теплообмена и способ сборки ротора устройства для осушения, очистки и теплообмена». ПАТЕНТ на изобретение №2267059. Приоритет 07.04.04 г.

96. Голышев А.П., Оришич A.M., Печурин В.А., Приходько Ю.М., Пузырев Л.Н., Фомин В.М., Фомичев В.П., Филев В.Ф., «Проточный газовый лазер». ПАТЕНТ на изобретение №2270499. Приоритет 21.05.04 г.