Вращательная скорость: Вращательная скорость — Энциклопедия по машиностроению XXL
Вращательная скорость — Энциклопедия по машиностроению XXL
Автор [196] на основе математического описания гидродинамики закрученного потока и прямого сравнения полей осевых и вращательных скоростей показал, что кинематическое подобие внутренних закрученных потоков определяется двумя безразмерными параметрами. Интефальный параметр Ф характеризует отношение окружного момента импульса к осевому импульсу в произвольном сечении в масштабе линейного размера канала г, [c.9]Модуль вращательной скорости точки твердого тела равен произведению расстояния от точки до оси вращения на угловую скорость тела. [c.205]
Определим в точке В обода барабана (рис. 267, б) модули вращательной скорости, вращательного и центростремительного ускорений в этот же момент времени по формулам (80.1), (80.2), (80.3) [c.207]
Векторные выражения вращательной скорости, вращательного и центростремительного ускорений
Пользуясь понятием вектора угловой скорости ш, легко получить векторное выражение вращательной скорости. [c.209]
Изобразим (рис. 270) вектор угловой скорости со, радиус-вектор г точки /VI тела относительно произвольной точки О оси вращения и вращательную скорость этой точки v. Модуль вращательной скорости V = = СОЛ sin а, где а — угол между радиусом-вектором г и вектором угловой скорости со. [c.209]
Сопоставляя значения v и со х л1, устанавливаем, что модуль вращательной скорости v равен модулю векторного произведения со X г. Вращательная скорость v направлена перпендикулярно к плоскости треугольника СОМ, т. е. плоскости векторов сомножителей
О и г если смотреть навстречу v, можно видеть поворот вектора а к вектору г на угол а, совершающимся в сторону, обратную вращению часовой стрелки, т. е. направление вращательной скорости v совпадает с направлением векторного произведения хУ. [c.210]
Таким образом, вращательная скорость точки твердого тела, вращающегося вокруг неподвижной оси, равна векторному произведению вектора угловой скорости тела на радиус-вектор этой точки относительно любой точки оси вращения. [c.210]
Если известны проекции о) , Му, озг вектора угловой скорости, направленного по оси вращения тела ОА, на оси координат (рис. 271) и координаты некоторой точки М тела х, у, г, то вращательную скорость этой точки можно найти при помощи определителя векторного произведения.
Отсюда определяются проекции вращательной скорости точки на оси координат [c.210]
Таким образом, центростремительное ускорение точки твердого тела, вращающегося вокруг неподвижной оси, равно векторному про-изведению вектора угловой скорости тела на вращательную скорость этой точки. [c.212]
Вращательная скорость о в точке соприкасания колес относится к точкам обоих колес, т. е. ее модуль определяется [c.213]
Определив ш,, при / = 5 с, найдем модули вращательной скорости, центростремительного и вращательного ускорений точки М при / = 5 с по формулам (80.1), [c.217]
Выведите формулы Эйлера для проекций вращательной скорости точки на координатные осн. [c.218]
Согласно 82, вращательную скорость Vqa можно представить в виде векторного произведения вектора угловой скорости плоской фигуры со на радиус-вектор гд [c.222]
Скорость точки А изображается диагональю параллелограмма, построенного при точке А на скорости полюса О, перенесенной в точку А, и вращательной скорости точки А вокруг полюса О (рис. 291).
Допустим, что известна скорость некоторой точки О плоской фигуры Vq (рис. 305) и угловая скорость фигуры м в некоторый момент времени. Примем точку О за полюс. Тогда скорость любой точки фигуры будет равна геометрической сумме скорости полюса Vq и вращательной скорости точки вокруг этого полюса (87.1). Восставим [c.230]
Вращательные скорости всех точек этого перпендикуляра вокруг полюса О направлены противоположно скорости полюса. [c.231]
Найдем такую точку Р, вращательная скорость которой равна по модулю скорости полюса Vq, т. е. Vqp = Vq. [c.231]
Определим положение точки Р. Вычислим вращательную скорость точки Р вокруг полюса О и приравняем ее скорости полюса
Расстояния от точек А, В, D, Е до полюса С равны. Следовательно, и вращательные скорости точек вокруг полюса тоже равны [c.235]
Откладывая в каждой точке скорость полюса С и вращательную скорость, перпендикулярную к соответствующему радиусу, складываем их геометрически, а затем находим модули скоростей точек [c.235]
Скорость V(- является не только скоростью точки С шатуна, но и вращательной скоростью точки обода колеса /, т. е. [c.239]
Определяем скорость и ускорение точки А и угловую скорость и угловое ускорение колеса //. Точка А движется ускоренно по окружности с центром О и радиусом Модуль ее вращательной скорости по (80.1)
Скорость и находим как вращательную скорость точки — конца вектора угловой скорости ы, при вращении вокруг осн Ог [c.284]
Вращательные скорости точек и v направлены перпендикулярно к отрезку АС, вдоль которого направлена ось х. [c.289]
Так как модули вращательных скоростей vab и >ас пропорциональны расстояниям точек В и С от мгновенной оси вращения а следовательно, и отрезкам АВ и АС, то точки А, bi. С],. .. расположены на прямой. Кроме того, по построению [c.290]
Вращательные скорости Vqa и vqo равны и параллельны, так как равны и параллельны перпендикуляры АК и BL, опущенные из точек Л и В на мгновенную ось.
Но каждый орт вращается вокруг мгновенной оси Qg и вращательная скорость его конца определяется согласно (82.2) векторным произведением [c.296]
Переносная скорость точки, как указывалось в 111, представляет собой скорость точки, связанной с подвижной системой отсчета и совпадающей в данный момент с движущейся точкой М. В рассматриваемом случае такой, точкой является точка М свободного твердого тела. Скорость этой точки на основании (108,2) состоит из скорости полюса О и вращательной скорости точки вокруг мгновенной оси т. е.
Как видно, в рассматриваемом случае сложного переносного движения переносная скорость точки сама определяется как диагональ параллелограмма, построенного на скорости полюса Vq и вращательной скорости точки (Ug X г вокруг мгновенной оси (рис. 386). [c.297]
Относительная скорость точки А1 представляет собой вращательную скорость, перпендикулярную к радиусу окружности СМ (рис. 398, в), имеющую модуль [c.306]
Здесь Ve — переносная скорость точки М колеса // —вращательная скорость этой точки вокруг оси О — относительная скорость этой точки —ее вращательная скорость вокруг оси А. [c.313]
Переносная скорость обточки М (вращательная скорость точки диска, совпадающей с этой точкой) в любой момент времени направлена перпендикулярно к плоскости диска, а ее модуль
Вращательные скорости составляющих движений [c.324]
Годографом (О является окружность, параллельная основанию неподвижного конуса. Зная модули угловой скорости переносного вращения со,, и относительного вращения конуса II, определим модуль вращательной скорости и [c.327]
Определим проекции углового ускорения и на подвижные оси декартовых координат, связанные с твердым телом. Обозначим единичные векторы подвижных осей /j, j , kj. Эти орты, неизменные по модулю, вращаются вместе с телом вокруг мгновенной оси с угловой скоростью со. Поэтому производные от этих ортов по времени как вращательные скорости концов этих векторов определяются по формулам (112.3)
Так как при движении плоской фигуры модуль радиуса-вектора Год остается неизменным, а направление его при повороте фигуры изменяется, то производная dfQA/dt представляет собой вращательную скорость точки А вокруг полкэса О, которую обозначим Vqa [c.222]
Скорость любой точки шатуна АВ можно определить как вращательную скорость вохруг мгновенного центра скоростей Однако вычисление расстояний от точек до мгновенного центра скоростей приводит к громоздким вычислениям.
Почему направления векторов вращательной скорости и вращаюлыюго ускорения при сферическом движении тела не совпадают [c.285]
Опюснтельная скорость точки определяется как вращательная скорость (80.1) ее модуль [c.304]
Переносная вращательная скорость Vg направлена перпендикулярно к плоскости ОАСВ от читателя, а ее модуль [c.324]
Курс лекций по теоретической механике Кинематика
Описание слайда:
Лекция 2 (продолжение 2.3)
Кинематика твердого тела – изучает движение твердого тела, кинематика точки используется для получения новых зависимостей и формул.
1. Поступательное (ползун, поршень насоса, спарник колес паровоза, движущегося по прямолинейному пути, кабина лифта, дверь купе, кабина колеса обозрения).
2. Вращательное (маховик, кривошип, коромысло, колесо обозрения, обычная дверь).
3. Плоскопараллельное или плоское (шатун, колесо локомотива при качении по прямолинейному рельсу, шлифовальный круг).
4. Сферическое (гироскоп, шаровая стойка).
5. Общий случай движения или свободный полет (пуля, камень, небесное тело)
Поступательное движение твердого тела – такое движение при котором любая прямая, жестко связанная с телом, остается параллельной самой себе. Обычно поступательное движение отождествляется с прямолинейным движением его точек, однако это не так. Точки и само тело (центр масс тела) могут двигаться по криволинейным траекториям, см. например, движение кабины колеса обозрения.
Теорема о поступательном движении твердого тела – При поступательном движении твердого тела все его точки описывают тождественные траектории и имеют в каждый момент времени геометрически равные скорости и ускорения.
C
A
B
A
B
Проведем радиус-векторы к двум точкам A и B, а также соединим эти точки вектором rBA.
В любой момент времени выполняется векторное равенство:
В любой момент времени вектор rBA остается постоянным по направлению
(по определению поступательного движения) и по величине
(расстояние между точками не изменяется). Отсюда:
и это означает, что в каждый момент времени положение точки A отличается от положения
точки B на одну и ту же величину rBA = const, т.е. траектории этих двух точек тождественны
(совпадают друг с другом при наложении).
Продифференцируем по времени левую и правую часть соотношения:
и это означает, что в каждый момент времени скорость точки A равна геометрически
(т.е. векторно) скорости точки B.
Второе дифференцирование по времени приводит к соотношению:
и это означает, что в каждый момент времени ускорение точки A равно геометрически
(т.е. векторно) ускорению точки B.
Таким образом, поступательное движение твердого тела полностью определяется
движением одной точки, принадлежащей этому телу и выбранной произвольным образом.
Все параметры движения этой точки (траектория, скорость и ускорение) описываются
уравнениями и соотношениями кинематики точки.
5
Вращательное движение — это… Что такое Вращательное движение?
или вращение. — Всем хорошо известное равномерное вращение твердого тела вокруг неподвижной оси служит простейшим представителем тех движений предметов, имеющих протяжения, которые называются вращательными движениями; поэтому, прежде чем говорить о вращательных движениях вообще, следует обратить внимание на те качества, которые свойственны равномерному вращению твердых тел вокруг неподвижных осей. При таком вращении все точки твердого тела (за исключением находящихся на оси вращения) описывают окружности, центры которых находятся на оси вращения, а плоскости — перпендикулярны к этой оси. Скорости точек тела направлены по касательным к описываемым ими окружностям и, следовательно, перпендикулярны к кратчайшим расстояниям их от оси. Если наблюдатель станет вдоль по оси, то увидит, что скорости точек будут направлены все слева направо или все справа налево, смотря по тому, как расположится наблюдатель вдоль по оси; если он станет так, чтобы видимое им вращение тела совершалось слева направо (по направлению кажущегося движения солнца и небесного свода), то мы будем называть направление оси от ног к голове наблюдателя направлением оси вращения. Величины скоростей различных точек тела будут пропорциональны расстояниям их от оси, так что отношения между величиной скорости и расстоянием от оси будет одно и то же для всех точек тела; это отношение называется угловой скоростью вращения тела; оно равняется отношению между углом, на который поворачивается равномерно вращающееся тело в течение какого-либо промежутка времени, и величиной этого промежутка. Пусть dφ есть бесконечно малый угол, на который поворачивается тело в течение бесконечно малого промежутка времени dt; угловая скорость выразится отношением:
dφ/dt (1).
Но так как вращение предполагается равномерным, то этой же самой величине будет равно отношение между углом одного полного оборота вокруг оси (т. е. углом 2π) и временем T, в течение которого совершается полный оборот; оно же равняется отношению между углом 2nπ (если тело делает n оборотов в минуту) и величиной одной минуты. Единица угловой скорости будет та, при которой тело вращается на угол равный единице (т. е. угол в 57°17’44,7″…, у которого длина дуги равна радиусу) в течение единицы времени — одной секунды. Величина единицы угловой скорости выразится
символом 1/(сек.).
Угловая скорость тела, делающего n полных оборотов в минуту, будет равна:
2nπ/60∙(сек) = 0,10471975∙n∙1/(сек.)
а угловая скорость вращения Земли равна:
2π/86164,09∙1/(сек.) = 0,0000729∙1/(сек.)
потому что в звездных сутках содержится 86164,09 секунд среднего времени.
При неравномерном вращении твердого тела вокруг постоянной неподвижной оси угловая скорость выражается также формулой (1), но это уже не постоянная, а изменяющаяся с течением времени величина. Производная от нее по t или производная второго порядка от φ по t называется угловым ускорением при вращении твердого тела вокруг постоянной неподвижной оси. При равномерном или неравномерном вращении твердого тела вокруг постоянной неподвижной оси все точки тела, находящиеся на оси, остаются неподвижными; гораздо сложнее и разнообразнее вращательные движения твердого тела вокруг неподвижной точки, которая одна только остается в покое. Как бы ни было сложно такое движение, одновременные скорости всех точек тела имеют такие величины и направления, как будто бы тело вращалось вокруг некоторой оси, проходящей через неподвижную точку, так что скорости точек тела, находящихся на этой оси, равны нулю, а скорости прочих точек перпендикулярны к плоскостям, проходящим через них и через вышесказанную ось, и пропорциональны кратчайшим расстояниям от этой оси. Эта ось называется мгновенной осью вращения и величина отношений скоростей точек к кратчайшим расстояниям их от мгновенной оси — мгновенной угловой скоростью. Мгновенными называются они потому, что как направление оси, так и величина угловой скорости изменяются с течением времени. Для примера возьмем вращение конуса B вокруг его вершины O, когда этот конус катится без скольжения по другому круговому конусу K, неподвижному.
В положении, изображенном на чертеже, мгновенной осью служит производящая OC обоих конусов; если качение происходит в таком направлении, что ось OS симметрии конуса B перемещается слева направо по отношению к оси симметрии OZ конуса K, то мгновенная ось (т. е. место прикосновения поверхностей) будет перемещаться в пространстве по поверхности конуса K в сторону, указанную двойной строкой, и по поверхности конуса B — в сторону, указанную простой стрелкой. Каково бы ни было вращение твердого тела вокруг неподвижной точки, если только это не есть вращение вокруг неподвижной постоянной оси, мгновенная ось вращения изменяет свое положение в пространстве и в теле. Коническая поверхность или пирамида, вычерчиваемая мгновенной осью в пространстве, называется неподвижным аксоидом, а коническая поверхность, вычерчиваемая ею в твердом теле — подвижным аксоидом. При вращении тела подвижный аксоид катится без скольжения по неподвижному. К числу вращений твердого тела относятся: вращения тел по инерции (см. Инерция) и вращения различных гироскопов (см. Гироскоп).
Д. Б.
Угловая скорость и угловое ускорение тела при плоском движении
Содержание:
Угловая скорость и угловое ускорение тела при плоском движении
- Чтобы охарактеризовать вращательную часть плоского движения твердого тела вокруг движущейся оси через выбранный полюс, могут быть введены понятия угловой скорости ω и углового ускорения е, как в случае вращения твердого тела вокруг неподвижной оси. Угол поворота вокруг подвижной оси, проходящей через полюс, составляет <p, th d = p / dt |; e = | 3co / d / | = | d29 / df2 |.
Найти положение равновесия однородного тяжелого бруска длиной 2А, опирающегося на неподвижную точку О, которая расположена в вертикальной плоскости и может скользить, и поместить конец а на вертикальную стенку. Людмила Фирмаль
Поскольку вращающаяся часть движения не зависит от выбора полюсов, угловые скорости и ускорения, характерные для этой части движения, не зависят от выбора полюсов. Таким образом, для данного движения плоскости фигуры в настоящее время они одинаковы для движущейся оси, которая проходит через любую точку фигуры. При плоском движении тела угловая скорость и ускорение ориентированы вдоль оси движения, перпендикулярной плоскости фигуры, и могут рассматриваться как векторы, проходящие через выбранные полюса.
- Вектор угловой скорости с плоскостным движением на фигуре направлен вдоль оси движения, поэтому с конца стрелки видно вращение фигуры против часовой стрелки. Вектор углового ускорения e ускоряющего вращения на фигуре совпадает с направлением вектора угловой скорости co. В случае тихоходного вращения эти векторы находятся в противоположном направлении.
Например, если рассматривать систему кузова, являющуюся железнодорожным поездом, то внешняя сила — это сила веса вагона и Локомотива, действие рельсов на колеса вагона и Локомотива, сила сопротивления воздуха. Людмила Фирмаль
Так как co и e не зависят от выбора полюсов на виде сверху, их можно применять к любой точке фигуры без изменения коэффициентов и направления этих векторов. То есть co и e являются свободными векторами. Вектор углового ускорения является первой производной от вектора угловой скорости. То есть z = a (bldt.
Смотрите также:
Задачи по теоретической механике
Если вам потребуется помощь по теоретической механике вы всегда можете написать мне в whatsapp.
Что такое вращательная энергия?
Вращательная энергия является компонентом кинетической энергии, которая исходит от вращения тела. Это происходит, когда любая форма материи вращается вокруг центра вращения. Он может быть преобразован в другие виды энергии, чаще всего поступательную и тепловую энергию. Существует много аналогий между кинетической энергией вращения и линейной кинетической энергией. Существует несколько практических применений для энергии вращения, например, хранение энергии в вращающемся маховике.
Закон сохранения энергии гласит, что общее количество энергии в изолированной системе должно оставаться постоянным во времени. Потери энергии одного типа должны приводить к получению энергии другого типа. Передача энергии между типами часто происходит через обмен импульсом между атомными частицами материи. Примеры различных форм энергии включают химическую, потенциальную и тепловую, в дополнение к вращательной. Следовательно, энергия вращения является одним из многих возможных способов удержания энергии материей.
Существует много аналогий между энергией вращения и линейной кинетической энергией. Вместо массы вращательные системы имеют момент инерции. Момент инерции можно рассматривать как сопротивление угловому ускорению — оно похоже на то, как масса является сопротивлением линейному ускорению. Моменты инерции возрастают, когда вещество находится дальше от центра вращения. Это связано с тем, что система вращается сложнее, если ее материя расположена далеко от центра.
Аналогично, вращательные системы имеют угловую скорость вместо линейной скорости. Угловая скорость измеряется в радианах в секунду, что составляет около 57,3 градусов в секунду. Как высокий момент инерции, так и высокая угловая скорость соответствуют высокой энергии вращения. Согласно закону сохранения энергии, такое же количество энергии вращения может быть получено путем уменьшения момента инерции системы при увеличении угловой скорости.
Одним из практических применений энергии вращения является использование батарей маховика. Так же, как стандартная батарея аккумулирует электрическую энергию, маховик аккумулирует энергию вращения В поезде с батареей маховика линейная кинетическая энергия движущегося поезда может передаваться энергии вращения бортового маховика. Эффектом этого перехода будет снижение скорости поезда. Если на тепло не теряется энергия, вся энергия движения поезда может быть сохранена в маховике, а затем использована для ускорения поезда до скорости снова.
ДРУГИЕ ЯЗЫКИ
Скорость вращения — обзор
8.3 Конструкция [2,4]
Фундаментальное решение при проектировании дизель-генераторной станции начинается с желаемой выходной мощности. После того, как выходная мощность окончательно определена, следующим шагом будет принятие решения о выборе двухтактного или четырехтактного дизельного двигателя. Большие тихоходные двигатели двустороннего действия (80–200 об / мин) относятся к двухтактному типу. Для легких высокоскоростных (1000–2500 об / мин) двигателей следует отдавать предпочтение четырехтактному циклу.Среднеоборотные (200–1000 об / мин) двигатели могут работать в обоих циклах.
Отдельные части тихоходных двухтактных двигателей сравнительно тяжелые, в то время как детали четырехтактных двигателей намного легче. Двухтактные двигатели оснащены меньшим количеством цилиндров, существенно меньше движущихся частей. Таким образом, стоимость обслуживания двухтактных двигателей обычно ниже, чем у средне- или высокоскоростных двигателей. При той же выходной высоте машинного отделения четырехтактного двигателя высота машинного отделения меньше, чем требуется для двухтактного двигателя.
Смазка поршневых колец в четырехтактных двигателях лучше, чем в двухтактных. Удельный расход смазочного масла у двухтактного двигателя меньше, чем у четырехтактного.
Низкооборотные двигатели обычно имеют горизонтальные цилиндры. Для более высоких скоростей предпочтительны вертикальные цилиндры.
Частота вращения двигателя всегда должна соответствовать частоте сети электростанции во всех отношениях.Следовательно, скорость двигателя рассчитывается следующим образом:
(8,28) n = 60f / p
, где
n = частота вращения, об / мин
f = частота сетки , Гц
p = Число пар полюсов
В двигателе с воспламенением от сжатия давление сжатия должно быть достаточно высоким, обычно между 11,5: 1 и 22: 1, чтобы обеспечить зажигание при любых условиях. Примерное давление сжатия колеблется от 2.От 8 МПа до 4,8 МПа. Более высокая степень сжатия дает более высокий тепловой КПД или более высокую выходную мощность, но приводит к более высокой нагрузке на рабочие части.
Еще один фактор, влияющий на конструкцию, — это количество цилиндров двигателя, которое необходимо учитывать. Как только число известно, можно определить диаметр (d) и ход (l) двигателя. Отношение хода к диаметру отверстия (l / d) обычно варьируется от 0,9 до 1,9. Для двухтактных двигателей с оппозитными поршнями могут быть выбраны более высокие значения l / d, вплоть до 2,5 или около того.
Зная все данные, как объяснено выше, ожидаемая выходная мощность спроектированного блока может быть определена с помощью уравнения. 8,29:
(8,29) W = план / 333,5
где
Вт = Выходная мощность, кВт
p = Давление сжатия, МПа
л = Ход, м
a = Площадь внутреннего поперечного сечения цилиндра, см 2
n = Скорость вращения, об / мин
После этого необходимо определить, соответствует ли ожидаемая мощность желаемый результат.(Примечание: 1 МПа = 10,2 кг / см 2 , 1 л.с. = 0,746 кВт = 76,0 кг · м / с.)
Произошла ошибка при настройке вашего пользовательского файла cookie
Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.
Настройка вашего браузера для приема файлов cookie
Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:
- В вашем браузере отключены файлы cookie.Вам необходимо сбросить настройки вашего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
- Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, используйте кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
- Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
- Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie.Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
- Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.
Почему этому сайту требуются файлы cookie?
Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.
Что сохраняется в файле cookie?
Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.
Как правило, в файлах cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.
Как вы измеряете скорость вращения галактики, принимая во внимание движение нашей галактики, солнечной системы, планеты и т. Д.?
Почти все измерения движения в астрономии используют закон физики, называемый эффектом Доплера. Это изменение длины волны (или частоты, цвета или высоты тона) волны, излучаемой движущимся источником, было впервые описано физиком Кристианом Допплером в 1842 году. Это знакомо большинству из нас: я уверен, что вы заметили, что Сирена машины скорой помощи меняет тон при прохождении мимо вас, переходя от более высокого (по мере движения к вам) на более низкий (по мере прохождения и удаления).Тот же эффект происходит со светом, излучаемым звездами и газом в галактиках. Со световыми волнами даже большие движения создают лишь крошечный сдвиг в цвете, но мы все равно можем измерить его с помощью инструмента, называемого спектрографом, который делит свет на составляющие его длины волн, позволяя астрономам выделять специфические особенности, вызванные атомами в звездах или газе. .Одной из самых известных и распространенных из этих характеристик является водород-альфа (или Hα), который составляет ровно 656,28 нанометра (для неподвижного источника).Чтобы измерить скорость вращения галактики, мы наносим на карту линию, подобную Hα, через галактику и сравниваем ее со значением от источника в состоянии покоя. Если мы увидим, что на одной стороне галактики линия смещена в синюю сторону (движется к нам), а на другой стороне смещена в красную сторону (удаляется) относительно центрального красного смещения галактики, мы знаем, что галактика вращается, и величина сдвиг любой строки говорит нам, насколько. Обычно это делается с помощью спектроскопа с длинной щелью, который измеряет сдвиги в одной спектральной линии по всей галактике.Альтернативно, разрешенная спектроскопия целых галактик стала возможной в последние годы, поэтому теперь мы часто получаем полные спектральные карты.
Другой метод использует радиотелескоп для измерения 21-сантиметровой эмиссионной линии водорода, которая также показывает вращение галактики. Линия 21 см показывает нам, где находится водород в галактике, и когда этот водород либо вращается к нам, либо от нас относительно центрального красного смещения галактики, результирующий доплеровский сдвиг расширяет одиночную эмиссионную линию до линии с двумя пиками, каждый связан с движением в том или ином направлении.
Как вы заметили, мы действительно должны принимать во внимание средний сдвиг света от движения нашей галактики. Это почти всегда приводит к чистому красному смещению, так как оно включает расширение Вселенной, а также движение нашей Солнечной системы к наблюдаемой нами галактике или от нее (вращение нашей планеты, наша орбита вокруг Солнца, движение Солнца. вокруг галактики, и галактика, движущаяся по вселенной). Это известные величины, и любые внегалактические измерения проводятся относительно них.
Карен Мастерс
Доцент,
Кафедра физики и астрономии,
Haverford College, Пенсильвания
Скорость вращения машин переменного тока
Скорость вращения
Вращающееся магнитное поле в предыдущем примере может быть мыслится как два вращающихся магнитных полюса, северный полюс и южный полюс. Как осциллограмма тока питания перемещается на 180 градусов, 2-полюсное поле перемещается на 180 градусов, а расположение северного и южного полюсов поменялось местами.Когда текущий сигнал переместился через 360 градусов 2-полюсное поле переместилось на 360 градусов.
Нет причин ограничивать количество полюсов в машине двумя. Если количество катушки увеличены, катушки можно расположить так, чтобы схема намотки повторялась более одного раза по окружности воздушного зазора. Это проиллюстрировано на изображении ниже, на котором показана диаграмма ММЖ для одной фазы. Уменьшая угол между положительной и отрицательной сторонами катушки и повторяя расположение катушек, получаем 4 магнитных полюса, а не 2.
Математически фундаментальное значение mmf для каждой фазы, которая организована для создания полюсов \ (p \), определяется выражением
\ [ \ begin {выровнено} \ mathcal {F_A} & = Ni_A \ frac {2} {\ pi} \ sin \ left [\ frac {p} {2} \ left (\ theta \ right) \ right] \\ \ mathcal {F_B} & = Ni_B \ frac {2} {\ pi} \ sin \ left [\ frac {p} {2} \ left (\ theta — \ frac {2 \ pi} {3} \ right) \ Правильно] \\ \ mathcal {F_C} & = Ni_C \ frac {2} {\ pi} \ sin \ left [\ frac {p} {2} \ left (\ theta + \ frac {2 \ pi} {3} \ right) \ Правильно] \ end {выровнен} \]
Важно отметить, что в приведенном выше уравнении N — это количество витков в одной катушке.Член \ (p / 2 \) указывает, что основной mmf повторяет \ (p / 2 \) раз по окружности машины \ (p \) должно быть четным числом, поскольку физически у нас не может быть нечетного числа полюсов. Предполагая синусоидальное питание со сбалансированным трехфазным набором, анализ для двухполюсного поля можно повторить, чтобы найти новые функции, описывающие ММФ в терминах пространства (тета) и времени (t)
\ [ \ mathcal {F} _ {tot} = \ frac {3 \ hat {I} N} {\ pi} \ cos \ left [\ omega t — \ frac {p} {2} \ theta \ right] \]
Рассматривая эту формулировку, важно понимать, что \ (\ omega \) — это электрическая частота, а \ (\ theta \) — это механическое угловое положение в машине.Чтобы избежать путаницы, важно определить электрические частоты и фазовые углы \ (\ omega_e, \, \ theta_e \), а также механическую скорость и угловое положение \ (\ omega_m, \, \ theta_m \).
Рассматривая диаграмму выше, можно увидеть, что электромагнитный период 4-полюсной диаграммы равен \ (\ pi \) механическим радианам. Взаимосвязь между электрическими и механическими углами и скоростями / частотой имеет важное значение и определяется по формуле:
\ [ \ begin {выровнено} \ theta_e & = \ frac {p} {2} \ theta_m \\ \ omega_e & = \ frac {p} {2} \ omega_m \ end {выровнен} \]
Используя эту нотацию, мы можем описать МДС с помощью электрических или механических величин, или даже их комбинации.
\ [ \ begin {align} \ mathcal {F} _ {tot} & = \ frac {3 \ hat {I} N} {\ pi} \ cos \ left [\ omega_e t — \ frac {p} {2} \ theta_m \ right] \\ \ mathcal {F} _ {tot} & = \ frac {3 \ hat {I} N} {\ pi} \ cos \ left [\ omega_e t — \ theta_e \ right] \\ \ mathcal {F} _ {tot} & = \ frac {3 \ hat {I} N} {\ pi} \ cos \ left [\ frac {p} {2} \ left (\ omega_m t — \ theta_m \ right ) \Правильно] \ end {align} \]
Наконец, в электрической машине может быть множество различных механических скоростей. Механическая скорость вращения магнитного поля из-за основного электрического тока \ (f_e \) очень важна, и ей дано отличное название, синхронная скорость, \ (\ omega_s \).Синхронная скорость в радианах в секунду определяется как:
.\ [ \ omega_s = \ frac {4 \ pi f_e} {p} \]
Обычно для описания скорости вращения используются единицы числа оборотов в минуту (об / мин). Описана скорость в об / мин. с использованием символа \ (n \) и связано с радианами в секунду с использованием
\ [ \ begin {выровнено} n & = \ frac {60} {2 \ pi} \ omega_m \\ n & = \ frac {30} {\ pi} \ omega_m \ end {выровнен} \]
следовательно
\ [ n_s = \ frac {120 f_e} {p} \]
Скорость вращения дискового электрода
С середины 20 -го века вращающиеся дисковые электроды (ВДЭ) использовались для обеспечения постоянного потока реагентов, «равномерно доступного» к поверхности диска.[1] Впервые RDE был теоретически исследован Вениамином Левичем в начале 1950-х годов. В RDE основной объем раствора вокруг электрода можно грубо разделить на два объема: раствор, перемешиваемый конвекцией, вдали от электрода; и застойный гидродинамический пограничный слой непосредственно рядом с дисковым электродом, уносимый вместе с вращением диска. Поскольку в RDE происходит окислительно-восстановительная реакция, продукты покидают пограничный слой, а реагенты попадают в пограничный слой из объема раствора.
Толщина гидродинамического пограничного слоя (δ H ) может быть приблизительно равна
δ
H = 3.6 (v / ω) 1/2в терминах кинематической вязкости раствора (v) и угловой скорости вращения (ω = 2πf / 60, где f — скорость вращения в оборотах в минуту). В водном растворе при умеренной скорости вращения (~ 1000 об / мин) застойный слой составляет приблизительно от 300 до 400 мкм.
Но насколько важна высокая скорость вращения электрода для вашего эксперимента?
где C O — концентрация окисленной формы в растворе, F — постоянная Фарадея (F = 96485 C · моль –1 ), A — площадь электрода, v — кинематическая вязкость раствора
Когда раствор изначально содержит только восстановленную форму, уравнение Левича для анодного ограничивающего тока (i LA ) можно записать как
, где C R обозначает восстановленную форму, а не окисленную форму.
Исследование Левича
Большинство исследователей используют уравнение Левича в исследованиях Левича, проводимых с использованием RDE, в котором серия вольтамперограмм снимается в диапазоне скоростей вращения. Когда во время вольтамперограммы прикладывается достаточно большое напряжение, вы измеряете скорость реакции, которая определяется только массопереносом к поверхности электрода. Измеряемый здесь ток является током, ограниченным диффузией, или просто ограничивающим током. Для простой электрохимической системы, где скорость полуреакции определяется только переносом массы к поверхности электрода, предельный ток должен увеличиваться пропорционально квадратному корню из скорости вращения.
Токи, измеренные во время исследования Левича, обычно наносятся в зависимости от квадратного корня из скорости вращения на графике, называемом графиком Левича (см. Рис. 1). Как предсказывает уравнение Левича, предельный ток увеличивается линейно пропорционально квадратному корню из скорости вращения (с наклоном 0,620 н FAD 2/3 v — 1/6 C), а линия пересекает вертикальную ось. на нуле. Часто экспериментаторы выбирают набор скоростей вращения, кратных полному квадрату (например,г., 400, 900, 1600 об / мин и т. д.), чтобы облегчить построение участка.
Рисунок 1 . Левич, ограничение тока в зависимости от квадратного корня из скорости вращения.
Ток, согласно уравнению Левича, является ограничивающим током при теоретической скорости 0 об / мин, когда система ведет себя как стандартный невращающийся электрод.
Анализ Коутецкого-Левича
Другой способ анализа данных исследования Левича — построить график, обратный предельному току:
Это называется графиком Коутецкого-Левича (см.рис.2) и применимо к системе с простой и обратимой полуреакцией. На этом графике данные лежат на прямой линии с вертикальной точкой пересечения в нуле. Если линия пересекает вертикальную ось выше нуля, это указывает на то, что полуреакция ограничивается вялой кинетикой, а не переносом массы. Сама точка пересечения по оси y является обратной кинетическому току i K . Определение кинетического тока при различных перенапряжениях на вольтамперограмме может дать вам стандартную константу скорости для полуреакции.
Рисунок 2 . Исследование Коутецкого-Левича, обратный предельный ток против обратного квадратного корня из скорости вращения.
Скорость вращения в анализе Коутецкого-Левича
Ось x графика Коутецкого-Левича является обратной величиной квадратного корня из скорости вращения ω. Таким образом, чем быстрее вращается дисковый электрод, тем асимптотически ближе к нулю данные. Вы можете видеть, что на таком графике за пределами определенной практической скорости вращения более быстрое вращение диска в водном растворе мало поможет сбору данных для большинства экспериментов.
Можно даже провести аналогию с вращающимся электродом подобного типа, вращающимся цилиндрическим электродом, который часто используется для изучения массопереноса и коррозии трубопроводов. Даже здесь типичная максимальная частота вращения составляет около 5000 об / мин.
Хотя вращающийся дисковый электрод RDE 710 от Gamry Instruments может достигать максимальной скорости вращения 10 000 об / мин, более быстрое вращение не дает больших преимуществ для анализа Коутецкого-Левича.
Сводка
В этой технической записке показано, что для большой экспериментальной работы с вращающимся дисковым электродом сверхвысокие скорости не нужны и не помогают при анализе данных.
[1] Ф. Далтон, Интерфейс, осень 2016 г., стр. 50–59.
Влияние скорости вращения на производительность насоса смешанного потока в качестве турбины
Для исследования характеристик потока насоса смешанного потока в качестве турбины (MF-PAT) с разными скоростями вращения была создана гидравлическая модель насоса смешанного потока на основе гидроаккумулирующая электростанция. Модель турбулентности k-ε использовалась для моделирования полей внутреннего потока с тремя скоростями вращения с помощью алгоритмов SMPLEC.Впоследствии были проведены теоретические расчеты и эксперименты для проверки точности численного моделирования. Результаты показали, что скорость вращения MF-PAT существенно влияет на его производительность. Как численные расчеты, так и экспериментальные испытания показали, что все кривые КПД состоят из восходящей и нисходящей ступеней, в то время как мощность на валу и напор увеличиваются нелинейно от 1000 до 2000 об / мин. Когда MF-PAT отклоняется от номинальных условий окружающей среды, увеличение скорости положительно сказывается на эффективности рекуперации энергии в период паводка и отрицательно в засушливый сезон.Эта работа может служить справочным материалом для дальнейшего изучения MF-PAT.
1. Введение
Глобальное потепление является основным фактором, который ставит под угрозу баланс естественной экосистемы и угрожает выживанию людей, что привело к более интенсивному использованию возобновляемых источников энергии в глобальном масштабе [1]. Согласно исследованию возобновляемых источников энергии во всем мире Международным агентством по возобновляемым источникам энергии (IRENA), общая установленная мощность гидроэлектростанций (без гидроаккумулятора) до конца 2019 года составляла 1 307 994 МВт [2].Насосы смешанного типа имеют ряд преимуществ для пикогидроэлектростанций по сравнению с турбинами специального назначения. Насосы смешанного потока доступны в большом количестве стандартных размеров для широкого диапазона напора и расхода, коротких сроков поставки, длительного срока службы, а также простоты установки и наличия запасных частей, таких как уплотнения [3–5]. Насос как реверсивная вращающаяся машина преобразует энергию давления жидкости в механическую энергию рабочего колеса для приведения в действие генератора, когда он работает в обратном направлении, и эта операция называется насосом как турбиной (PAT).Он широко используется в промышленных системах восстановления остаточного давления и в удаленных сельских районах, где не хватает электроэнергии. С учетом всесторонних гидравлических соображений, насос смешанного потока в качестве турбины (MF-PAT) рекомендуется многими исследователями в диапазоне малой мощности (до 100 кВт) при разработке гидроэнергетики [6–8]. Этот тип PAT подходит для работы в условиях низкого напора и большого разряда.
MF-PAT работает при разных нагрузках несколько месяцев в году в связи с изменением гидроэнергетического потенциала. Спектр применения PAT может быть расширен за счет повышения его максимальной эффективности [9, 10].Во многих исследованиях изучались коэффициент энергоэффективности и закон потока PAT при постоянной скорости. В настоящее время ученые сосредоточили свое внимание на трех аспектах PAT: выборе насоса, гидравлических характеристиках и оптимизации производительности [11–16].
Производство электроэнергии микрогидроэлектростанциями зависит от природных факторов, и характеристики большого расхода и низкого напора более очевидны. Для этого условия работы больше подходит MF-PAT [17, 18]. С развитием технологии преобразования частоты, которая может изменять скорость турбины для регулирования рабочих условий, может быть реализована долгосрочная эффективная работа турбины [19, 20].Тем не менее, частота вращения на производительность MF-PAT редко сообщается, и ее влияние и механизм в настоящее время неясны. Следовательно, необходимо изучить и проанализировать производительность MF-PAT в условиях переменной скорости.
В этой статье на основе модели MF-PAT с удельной скоростью 288, численный анализ и эксперименты используются для анализа внешних характеристик MF-PAT от 1000 до 2000 об / мин. Во-первых, анализируется поле внутреннего течения и его распределение.Затем используется испытательный стенд открытой гидравлической турбины для проверки внешних характеристик MF-PAT для проверки численного расчета, а результаты сравниваются и анализируются. Наконец, в соответствии с влиянием скорости вращения на MF-PAT предлагается экономичная схема работы. Это исследование может послужить эталоном для MF-PAT для рекуперации энергии.
2. Модель насоса смешанного потока в качестве турбины
Параметры модели MF-PAT в статье следующие: номинальный напор 5 м, номинальная скорость вращения 1500 об / мин, номинальный расход. составляет 120 м 3 / ч; На рисунке 1 показана расчетная область MF-PAT, которая включает в себя отсасывающую трубу, переднюю полость, рабочее колесо, заднюю полость и спиральную камеру.Основные параметры MF-PAT приведены в таблице 1.
| |||||||||||||||||||||||||||||||||
3.Численное исследование
3.1. Расположение сеток
Как показано на рисунке 2, структурированные гексаэдрические сетки были сгенерированы для всей расчетной области в ICEM. Метод топологии «O» и высокая плотность элементов были применены к пограничному слою стенки для повышения точности численных расчетов. Среднее значение y + около граничной стены составляет около 15. После проверки независимости сетки эффективность изменилась менее чем на 0,5%, когда номера сетки больше 1.2 × 10 6 .
Чтобы изучить влияние количества сеток на численные результаты, для расчета MF-PAT были выбраны сетки пяти разных размеров, а количество сеток контролировалось путем изменения глобального размера и количества узлов. Результаты расчетов в расчетных условиях (120 м 3 / ч, 1500 об / мин) анализируются с учетом напора и эффективности в качестве факторов сравнения, как показано на рисунке 3. Можно видеть, что по мере увеличения количества ячеек тенденция к эффективности и голова уменьшается.Когда количество ячеек превышает 1,2 миллиона, можно приблизительно оценить отсутствие изменений и результаты численного моделирования не зависят от количества ячеек в этом интервале. Количество ячеек в вычислительной модели в этой статье превышает 1,2 миллиона.
3.2. Численный метод
Ansys-CFX был использован для расчета поля потока MF-PAT. Модель турбулентности k-ε использовалась в стационарном моделировании. Граничные условия были заданы следующим образом: полное давление на входе, массовый расход на выходе и функция стенки определены как масштабируемые, а шероховатость стенки установлена на 0.5 мм [21–23]. Кроме того, среднеквадратичная невязка (RMS) была установлена как 1 × 10 −5 для критерия сходимости. Методы замороженного ротора и переходного ротора-статора использовались для сопряжения вращательной и стационарной областей в стационарных моделях. В частности, в данной статье рассматривались три скорости вращения MF-PAT 1000, 1500 и 2000 об / мин.
3.3. Численные результаты
На рисунке 4 показано распределение давления в плоскости z = 0.Можно обнаружить, что давление на входе в рабочее колесо постепенно снижается в точках с высоким КПД от 1000 до 2000 об / мин. Увеличение потока может привести к увеличению скорости циркуляции и падению давления на выходе из улитки. От входного положения крыльчатки к выходному положению давление жидкости постепенно снижается. Кроме того, с увеличением скорости вращения и расхода градиент давления увеличивается с обеих сторон лопастей рабочего колеса, особенно в хвостовой части лопасти.И давление на всасывающей стороне давления меньше, чем на нормальной поверхности. Это явление может быть вызвано увеличением силы, воздействующей на рабочее колесо, и повышением способности восстановления давления. Из-за асимметрии спиральной конструкции распределение давления в крыльчатке неравномерно, и оно более турбулентное в области около язычка спиральной камеры.
На рисунке 5 показаны линии тока скорости рабочего колеса в плоскости z = 0. Увеличение скорости вращения вызывает увеличение скорости потока.Однако форма линий тока не претерпела явных изменений. Вихри распространяются в небольшом проходе рабочего колеса и имеют постепенно увеличивающуюся силу. Эти вихри оказывают заметное влияние на эффективность MF-PAT.
На рис. 6 показаны кривые рабочих характеристик MF-PAT с разными скоростями вращения, полученные с помощью CFD. Кривые производительности показывают аналогичную тенденцию на разных скоростях. Кривые эффективности можно разделить на восходящую и нисходящую стадию. Примечательно, что скорость вращения оказывает значительное влияние на производительность MF-PAT.При одинаковых расходах требуемый напор MF-PAT и мощность на выходном валу увеличиваются с увеличением скорости. Одновременно с этим, очевидно, что точка наилучшего КПД (BEP) смещается в сторону условий большого расхода. Объем зоны высокого КПД был расширен, но максимальное значение КПД существенно не увеличилось. В таблице 2 перечислены параметры BEP по CFD с различными скоростями вращения.
| ||||||||||||||||||||||||||
3.4. Теоретический анализ
Продолжая дальнейший анализ, окружная скорость на входе u 1 связана и пропорциональна скорости вращения, как показано в следующем уравнении: где D 1 — внешний диаметр рабочего колеса и n — скорости вращения.Осевая скорость рабочего колеса рассчитывается следующим образом: где — объемный КПД, F 1 — площадь входа рабочего колеса, а φ 1 — коэффициент выталкивания лопасти. Когда геометрические параметры рабочего колеса остаются неизменными, окружная скорость пропорциональна осевой скорости на входе, которая отображается следующим образом:
В то же время тангенциальная скорость и радиальная скорость потока в улитке находятся в прямом пропорционально Q .Когда расход увеличивается, соответственно изменяется абсолютная скорость в улитке, в то время как направление остается неизменным.
Из приведенного выше анализа можно сделать вывод, что внутренняя линия обтекания крыльчатки изменяется только по величине, и есть небольшое изменение направления при разных скоростях вращения. Кроме того, треугольник входной скорости крыльчатки нарисован под BEP, как показано на рисунке 7.
Согласно закону пропорциональности для центробежного насоса, различные значения КПД примерно равны при работе в одинаковых условиях.При изменении скорости вращения параметры MF-PAT показаны в следующих уравнениях:
На основе параметров BEP при номинальной скорости 1500 об / мин, согласно уравнениям (4) — (6), расход, напор , и мощность на валу БЭП рассчитывалась отдельно при других скоростях вращения. Наконец, отклонения между теоретическим расчетом и численным исследованием перечислены в таблице 3.
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
В этой статье КПД турбины включает гидравлический КПД, частичный объемный КПД и частичный механический КПД. Однако потеря объема, вызванная утечкой из балансировочного отверстия и потерями на механическое трение подшипника, не может быть отражена в CFD. Однако разница между расчетными результатами и теоретическими результатами очень мала, что указывает на точность CFD.
4. Эксперимент
4.1. Метод эксперимента
Насос смешанного потока с удельной скоростью 288 был выбран для эксперимента для сравнения с результатами, полученными в результате численных расчетов. Напор, расход и скорость в расчетной точке составляют 5 м, 120 м 3 / с и 1500 об / мин соответственно.
На рисунке 8 показана принципиальная схема экспериментальной установки. Экспериментальная установка состоит из MF-PAT, динамометра, вспомогательного насоса, подземного резервуара и системы трубопроводов.Скорость вращения рабочего насоса, перекачивающего жидкость с разной энергией в MF-PAT, регулируется двигателем с преобразователем частоты. Затем жидкость под высоким давлением ударила по крыльчатке, в результате чего крыльчатка преобразовала энергию давления жидкости в механическую энергию. Регулирующий клапан регулировал расход MF-PAT. Расходомер использовался для измерения величины потока, поступающего в турбину. Между тем, две пьезометрические трубы были закреплены на входе и выходе MF-PAT для измерения давления, соответственно, путем изменения тока возбуждения динамометра для управления скоростью вращения турбины и измерения выходного крутящего момента.Измеренные на стенде сигналы расхода, давления, скорости и крутящего момента передавались на компьютерный терминал для расчета напора, мощности на валу и эффективности PAT с помощью тестового программного обеспечения. Наконец, были получены внешние характеристические кривые. Все экспериментальные приборы использовались после калибровки. На рисунке 9 показан тест внешних характеристик. В таблице 4 приведены параметры измерительного оборудования, использованного в эксперименте.
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
4.2. Результат эксперимента
На рисунке 10 показаны кривые внешних характеристик, полученные в ходе эксперимента, которые могут показать, что тенденции кривых внешних характеристик экспериментально аналогичны тем, которые рассчитаны с помощью CFD. Результаты экспериментов также показывают, что КПД MF-PAT сначала увеличивается, а затем увеличивается с 1000 до 2000 об / мин, при этом мощность на валу и напор возрастают нелинейно.BEP также смещается в режим большого расхода. В таблице 5 приведены значения ВОБ при различных скоростях вращения в эксперименте. Отклонения от эксперимента и моделирования составляют менее 5%, что связано с потерей утечки в балансировочном отверстии, потерей жидкости по пути и механическими потерями в подшипнике. Таким образом, внутреннее поле потока MF-PAT может быть разумно проанализировано с помощью метода численного моделирования.
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Результаты экспериментов также показывают, что скорость вращения PAT может быть изменена для адаптации к различным расходам. Другими словами, скорость вращения PAT может быть уменьшена в сухой сезон и увеличена в период паводка, что может повысить эффективность рекуперации энергии.
5. Заключение
(1) Скорость вращения MF-PAT оказывает значительное влияние на его производительность посредством численных расчетов и экспериментов. С увеличением скорости вращения турбина больше подходит для условий большого расхода, но максимальная эффективность не улучшается. (2) При изменении скорости вращения расход MF-PAT изменяется в положительную сторону, изменяется напор. квадратично, а мощность изменяется кубически. (3) Разумная регулировка скорости вращения может улучшить рекуперацию энергии и эффективность использования.Когда гидравлическая среда MF-PAT отклоняется от номинальной рабочей среды, увеличение скорости положительно для повышения эффективности рекуперации энергии в период паводка и отрицательно в период засухи.Доступность данных
Данные, использованные для подтверждения результатов этого исследования, включены в статью.
Конфликт интересов
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Датчики скорости вращения
Датчики на эффекте Холла в целом
Датчики на эффекте Холла подходят для бесконтактной регистрации скорости вращения на зубчатых передачах с небольшим модулем и высоким разрешением.Различные модели могут работать в широком диапазоне применений, а также в самых суровых условиях. Датчики на эффекте Холла используются в широком спектре машиностроения, транспортных средств и мобильных рабочих машин, а также в гидравлических приводах.
Датчик определяет движение ферромагнитных структур, таких как шестерни, по изменению магнитного потока и смещается с помощью постоянного магнита. Между тем зубцы и зазоры, пересекающие датчик, по-разному влияют на магнитное поле, которое изменяет напряжение Холла на датчике на эффекте Холла.Эти изменения магнитного поля затем могут быть преобразованы в электрические значения, отфильтрованы и обработаны. Выходной сигнал датчика представляет собой прямоугольное напряжение, отражающее изменение магнитного поля.
Принцип Холла датчиков скорости
Сенсорный элемент Холла — это полупроводник, зависящий от магнитных полей, функция которого основана на эффекте, обнаруженном Эдвином Холлом. Так называемый эффект Холла вызван силой Лоренца, которая действует на движущиеся носители заряда в магнитном поле.Полупроводниковая плата имеет четыре контакта, и постоянный ток (I) протекает через два противоположных контакта. В нейтральном состоянии между двумя другими соединениями нет разницы в напряжении. Однако, если пластина Холла подвергается воздействию магнитного поля с индукцией B, ток (I) отклоняется силой Лоренца. Затем носители заряда отводятся в сторону для создания электрического поля между краями, чтобы противодействовать силе Лоренца. Это вызывает разницу в напряжении на двух противоположных сторонах, известную как напряжение Холла.Это напряжение пропорционально току (I) и магнитной индукции B, действующей перпендикулярно пластине.
Дифференциальный принцип Холла датчиков скорости
Этот метод измерения позволяет оценить магнитную разность между двумя элементами Холла, установленными на подложке. В случае зубчатого колеса это может означать, что максимальная разница возникает, когда пара пластин Холла расположена над зубом и зазором соответственно, после чего влияние изменения расстояния относительно всего объекта уменьшается.
Различные датчики Холла часто используются для определения скорости в точках, где суровые условия окружающей среды могут повлиять на работу датчиков Холла.