Визуализация

        FS метод визуализации дискретных структур потоков иллюстрируется на примере разработки оптимальной проточной части поворота потока на 90°. Изображения характеризуют поле мгновенных значений градиентов гидродинамических параметров (скорости, давления) в характерных сечениях проточных частей оборудования. исходя из величин оптической плотности То есть значения оптической плотности (интенсивность освещенности) "светлых областей" характеризуют положительные градиенты скорости в данной точке, "темных областей" - отрицательные градиенты скорости.

         Эффективность движения жидкостей и газов в проточных частях можно характеризовать отношением реального расхода в проточной части к предельно возможному расходу, если все сопротивления приравнять нулю.


 
 
На рисунке представлено изображение структуры потока в устройстве "колено" - это поворот с одинаковыми внутренним и внешним углами либо радиусами закругления. Эффективность движения жидкостей либо газов в "колене" составляет = 0,6. Представленное изображение демонстрируют причины низкой эффективности. Диссипативные зоны отрыва потока от стенок каналов являются зонами максимальных потерь энергии.


В современных сложных гидравлических системах (трубопроводах, входных и выходных элементах насосов, турбин, котлов и т.п.) для повышения эффективности используют поворот потока на 90° - "отвод", построенный радиусами из одного центра. В "отводе" также имеются интенсивные зоны потерь энергии вдоль стенок. Эффективность "отвода" не превышает 0,85. 

 
FS-метод позволяет существенно повысить эффективность движения в повороте. Для этого в   специально разработанной модели т.н. "черного ящика" исследуется структура движения жидкости. В проточной части "черного ящика" обеспечиваются заданные входные и выходные размеры канала с учетом радиуса поворота потока в затопленном пространстве. Специально увеличенные размеры проточной части "черного ящика" между начальным и конечным сечениями позволяют жидкости осуществить поворот потока оптимальным образом.

 
 Полученное изображение структуры потока в "черном ящике" дает информацию для решения задачи определения оптимальных границ и геометрии поворота потока, который представлен на последнем рисунке "FS-поворот". В проточной части поворота на 90°, разработанного с использованием закономерностей организации структуры потока в поперечном и продольном сечениях эффективность движения жидкостей и газов увеличена до 0,98.


Результаты:

         В таблице приведены данные эффективности наиболее распространенного оборудования из гидравлических справочников и показана эффективности этого же оборудования после модернизации проточных частей с использованием FS - метода.          

 Наименование
оборудования
эффективность
до модернизации
эффективность
после FS-модернизации
 Насос  0,50 - 0,85  0,90 - 0,95
 Вентиль  0,60 - 0,80  0,95 - 0,98
 Трубопровод  0,70 - 0,75  0,80 - 0,90
 Поворот  0,60 - 0,85  0,95 - 0,99
 СИСТЕМА В ЦЕЛОМ  0,15 - 0,43  0,65 - 0,83