Форум ребризер-дайверов

По вопросам регистрации на форуме в связи с нехождением почтовых уведомлений обращайтесь электронной почтой на c v n 67 (гав) m a i l (dot) r u
Текущее время: 28 мар 2024, 18:45

Часовой пояс: UTC + 3 часа




Начать новую тему Ответить на тему  [ 1 сообщение ] 
Автор Сообщение
 Заголовок сообщения: Газодинамика Регуляторы Дюзы
СообщениеДобавлено: 27 авг 2013, 10:29 
Не в сети

Зарегистрирован: 07 янв 2013, 04:49
Сообщения: 532
Откуда: Николаев
Фух блин чуть башку не сломал.
В общем может кому польза будет. Перевел одну статью.

Аннотация: В этой статье объясняются принципы обеспечения постоянного потока массы газа (CMF), как это может быть достигнуто и почему это используется в конструкциях ребризеров.

Отказ от ответственности:
В этой статье дается упрощенное объяснение принципа CMF только для оказания помощи в понимании работы CMF. Автор этой статьи не несет никакой ответственности за использование этой информации для создания или модификации существующих ребризеров.

Термины:
CMF (постоянный поток массы)
диафрагма
сопло
скорость звука
максимальный поток

Постоянный объем подачи:
Когда мы обсуждаем CMF, существует один закон в физике на который необходимо акцентировать свое внимание:
Когда газ проходит через небольшое отверстие, также называемое отверстие или сопло, скорость этого газа ограничена, и никогда не может быть выше определенной максимальной скорости, также известной как звуковой скорости (Vmax)
Изображение
Когда достигаются условия что скорость потока газа в сопле достигла скорости звука то не зависимо от того будет ли увеличиваться давление на входе или на выходе будет создаваться разрежение, скорость газа проходящего через сопло будет оставаться постоянной при Vmax.
Это означает то, что поскольку скорость газа через отверстие с фиксированным диаметром ограничена, то поток газа (л/мин) через отверстие также ограничен, и никогда не может превысить скорость звука благодаря чему достигается: Результат называется "Постоянный Объем подачи» (расход = площадь отверстия Х скорость газа)
Изображение
Когда же мы можем достич максимальной скорости, или скорость звука? Мы можем применить простое правило: скорость звука достигается когда давление на входе P1, по крайней мере в два раза больше давления на выходе P2 или P1> = 2 х P2
Пример:
P1 = 10 бар Р2 = 1 бар P1 должно быть в двое больше P2 или = 2 бара: у нас есть скорость звука
P1 = 10 бар P2 = 7 бар P1 не превышает в два раза P2 или 14 бар, у нас нет скорости звука
Это также означает что с фиксированным диаметром отверстия, пока P1> = 2 х Р2, это и есть константа объемного расхода.
Постоянство массового расхода
Сейчас необходимо обратить внимание и быть осторожным: "объемный расход" будет постоянен если скорость звука будет достигнута. Обратите внимание, что "объем потока" не то же самое что количество газа, количество молекул этого газа или веса в граммах газа. При погружении с ребризерами мы в большинстве своем не интерисуемся о том какой объем О2 проходит через наши сопла, еще больше не интерисуемся сколько молекул кислорода (подобно тому сколько г / мин) попали в нашу систему.
Когда мы знаем максимальный объем газа который может пройти через отверстие, и если мы хотим знать массу или количество грамм / минуту (г / мин), которая течет через отверстие, мы должны добавить еще один фактор: плотность газа (кг/м3 г / л): р
Поэтому, когда мы умножим производительность (л / мин) на плотность газа (г / л), получаем г / мин.
Хотя скорость (V) и объемный расход (л/мин) всегда ограничены максимальным расходом со скоростью звука, если мы хотим, мы можем получить более молекул, более грамм / мин газ через отверстие путем увеличения плотности (давления) газа . Чем больше давление газа, тем больше молекул / л, так что даже с фиксированным расходом, но имеющие "более сжатый" газ, число молекул / мин, или «г / мин (= массовый расход) может увеличиться.
Изображение
Как мы можем увеличить плотность газа?
Просто сжимая его, или увеличение давления газа
Изображение
Плотность газа может быть увеличена путем сжатия газа (= за счет увеличения P1).
Поэтому, когда P1 увеличивается, плотность газа р будет увеличиваться и массовый расход (плотность х объемного расхода) будет увеличиваться.
Пример: Когда мы работаем в условиях звукового потока (Vmax), так что у нас постоянный объем подачи, но если в два раза увеличить давление на входе в отверстие то два раза увеличится плотность газа и тем самым мы удвоим массовый расход через отверстие.
Работа с нормальным скуба регулятором
Изображение
Для этого теста мы берем нормальную первую ступень подводного регулятора и подключаем ее к баллону с кислородом. Давление на выходе из регулятора первой ступени (IP) устанавливается на 10 бар абсолютного давления. К этому выходу мы подсоединяем сопло постоянного диаметра и на выходе из отверстия кислород течет в дыхательный мешок нашего ребризера.
"Нормальные" регуляторы первой ступени сконструированы таким образом, что "реагируют" на давление окружающей воды и регулируют нам IP, так что разница между IP и давлением окружающей среды воды (давление в воде при погружении) остается постоянной: это необходимо для второй ступени обычно прикрепленой к первой ступени, для правильной работы во время погружения. Это означает, что нормальный регулятор первой ступени всегда увеличивает свой IP с увеличением давления воды.
Пример: На поверхности (1 бар абсолютного) IP нашего регулятора 10 бар абсолютного, так что разница давления 9 бар
Когда мы осуществляем погружение, давление воды увеличивается на 1 бар каждый 10 метров глубины, поэтому IP нормального регулятора подводного также увеличится на 1 бар на каждые 10 метров глубины. С IP установленными на поверхности в 10 бар абсолютного, при погружении на глубину 20 метров IP увеличится на 2 бар до 12 бар абсолютного, или в 50 м до 15 бар абсолютного ... и так далее.
Теперь давайте вернемся к нашему регулятору / отверстию / дыхательному мешку.
Предположим, что мы выбираем диаметр отверстия таким образом, что на поверхности IP или P1, установлен на уровне 10 бар, у нас есть с расход 1 л / мин (измеряется на поверхности, так что + / - 1,43 грамма / мин).
P1 установлено 10 бар, давление на выходе (P2) составляет 1 бар (на поверхности), поэтому P1 это больше, чем в два раза P2, таким образом у нас есть скорость звука в отверстии, поэтому мы достигли максимального объемного расхода.
Теперь мы начинаем погружение с нашим ребризером и спустились на глубину 20 метров. Абсолютное давления в воде в настоящее время 3 бара, так P2 увеличилась на 2 бара, от 1 до 3бар, поэтому регулятор также скорректировал (повысил) IP на 2 бара и теперь P1 = 12 бар.
Но у нас еще есть максимальный объемный расход, так как Р1 = 12 и по прежнему более чем в два раза больше чем P2 = 3, так что расход не изменится.
Но что же произошло? Так как Р1 увеличилось с 10 до 12 бар, газ (кислород) на входе было увеличено давление на 20% (с 10 -> 12 бар) и получилось так что газ на 20% стал плотнее, так что наш массовый расход (Объемный расход умноженное на плотность газа) возрос на 20%!
Так что теперь, + / - 1,72 грамм / мин поток через наш отверстие? Если бы мы могли сейчас провести измерение потока на поверхности снова, мы получим 1.2 л / мин!
Изображение
Предположим что мы сейчас погружаться на 50 метров: P1 = 15 бар, P2 = 6 бар, у нас еще есть максимальный поток, (15> 2 х 6), но плотность увеличилась на 50% и поэтому мы имеем изменившийся массовый расход, теперь у нас + / - 2.14 грам/литр, что эквивалентно потоку 1.5л/мин на поверхности.
Как мы можем заметить что чем глубже мы погружаемся используя систему с нормальным регулятором первой ступени подключеным к кислородному баллону, массовый расход кислорода возрастает, когда мы погружаемся, как следствие у нас нет постоянного массового потока кислорода.
Хотим ли мы этого ...

"Абсолютный Регулятор давления"

Давайте теперь взглянем на другую систему:
Мы модифицируем наш стандартный регулятор первой ступени, так что он больше не чувствует давление воды, как следствие это не приводит к увеличению IP, когда мы погружаемся. Это может быть сделано путем установки специальной крышки на регуляторе, так что давление воды не воздействует на "гидростатирующую мембрану" на первой ступени)
На поверхности IP установлен на уровне 10 бар абсолютного давления, мы используем то же сопло и на поверхности мы имеем тот же объем потока 1L/min. (+ / -1.43gr/min)
Предположим что мы снова погружаемся на 20 метров. Абсолютное давление в воде в настоящее время 3 бара, но так как на регулятор не воздействует давление воды и гидростатирующая мембрана не изменяет давление, поэтому Р1 остается равным 10Бар обсолютного давления.
У нас есть "максимальный расход"?
Да, так как P1 (10 бар) попрежнему более чем в два раза P2 (3 бара): Таким образом объемный расход не изменяется.
Что же случилось с массовым расходом?
Так как P1 не изменилось при погружении от поверхности до 20 м, то и плотность газа протекающего через отверстие не изменилась, так что массовый расход через отверстие не изменился: мы постоянно получаем наши 1,43 г / мин (или 1л/мин Если оцениваться по поверхности)
Теперь у нас есть постоянный поток массы.
Изображение
Если мы спускаемся до глубины 40м, абсолютное давление будет 5 бар. А P1 все так же 10 бар потому что наш регулятор не гидростатирован и не реагирует на изменение глубины, поэтому у нас еще есть максимальный объемный расход (как P1 (10) в два раза P2 (5))
Плотность газа на входе в сопло не изменилась, (P1 всегда равен 10 бар), так что массовый расход не изменится и мы имеем постоянный поток массы (CMF)
Именно этот результат необходим для кислорода подаваемого в ребризер. Нам необходимо постоянство подачи кислорода по массе в дыхательный мешок в таком количестве чтобы было скомпенсировано основное потребление кислорода нашим телом когда мы находимся в состоянии покоя или движемся очень медленно. Так как наш метаболизм потребления кислорода не меняется с глубиной, нам не нужно и даже опасно изменение массы кислорода подаваемого в дыхательный мешок, когда мы погружаемся или всплываем. Нам необходимо что бы масса подаваемого кислорода оставалась неизменной.
Дополнительная масса кислорода нам необходима когда наше тело имеет большую нагрузку и дополнительная масса кислорода может быть добавлена в mCCR, или в электронном виде в hCCR. Если поток массы кислорода будет увеличиватся когда мы погружаемся то и PPO2 будет расти, в следствие чего дыхательная смесь в контуре станет гипероксической, так что мы должны были бы непрерывно «промывать» контур газом разбавителем.
Что же произойдет если мы будем погружаться глубже с нашим абсолютным регулятором давления:
Мы погружаемся до 60 м, давление в воде в настоящее время 7 бар, IP-прежнему 10 бар, теперь P1 не в два раза больше чем P2 ... (10 и 7): условие двухкратного превышения Р1 над Р2 не выполняется и мы не имеем потока газа со скоростью звука и максимальный объемный расход больше не достигается! Скорость газа через отверстие стала меньше чем максимальная, так что расход упал и так как плотность (определяется P1) не изменилась, наш массовый расход упал! У нас нет CMF.
Что случилось с массовым расходом? Так как P1 не изменилась при спуске от поверхности до 20 м, плотность газа, протекающего через отверстие не изменилась, так что массовый расход через отверстие не изменилась: мы до сих пор получаем наши 1,43 г / мин (или 1L/min Если оценивать по поверхности)
Теперь у нас есть постоянный поток массы.
Изображение
В то время как мы идем глубже 70м, 80м ... давление в воды P2 увеличиватся и приближается к P1 (IP), скорость газа будет снижатся и массовый расход будет снижатся то же, пока мы не дойдем до 90м. В этот момент давление в воде равно установочному давлению 10 бар, нет больше перепада давления на отверстии, так что теперь газ не будет течь через сопло, при этом массовый расход падает до нуля.
Изображение
Это значит что когда мы ныряем на ребризере с абсолютным регулятором давления то мы можем использовать сопло, которое обеспечивает нам постоянный поток массы кислорода в диапазоне глубин. Это означает что максимальная глубина работы ребризера ограничена по глубине, где IP равно давлению в воде. Поскольку на этой глубине или глубже, кислород не может быть добавлен в систему, а также ручным приводом байпаса (МАВ) не обеспечит поток при попытке включить байпас.
При нормальной установке(регулировке) режима rEvo в mCCR или hCCR то необходимо даже ограничить максимальную глубину погружения на 20m меньше чем глубина на которой IP равна давлению воды, как это можно увидеть на графике. При этом на глубине по-прежнему существует разумный массовый расход через сопло и при этом достаточно перепад давления чтобы получать (МАВ) дополнительный кислород.
При нормальной установке rEvo, IP устанавливается на + / - 11 бар абсолютного (10 бар избыточного давления) и поток у поверхности составляет + / - 0.8l/min. На глубине 100 м, давление воды равно IP, так что максимальная рекомендуемая рабочая глубина rEvo в mCCR режима hCCR является 80м.
Понижение IP уменьшит массовую подачу кислорода что будет требовать меньшее потребление, также будет уменьшаться максимальная глубина работы устройства. Уменьшение на 1 бар IP влечет за собой уменьшение рабочей глубины на 10м.
В случае если мы не хотим чтобы у нас было ограничение по глубине то регулятор первой ступени должен быть нормальным "гидростатированым" регулятор первой ступени должен иметь компенсацию глубины. Но в этом случае фиксированное отверстие не может быть использовано. Так что если есть сопло в системе, и мы хотим использовать обычный регулятор чтобы погрузится глубже то сопло должно быть заблокировано и подключено по мере необходимости.
Ребризер mCCR не практичен для дайвинга, но э возможно для гибридной версии CCRпутем замены регулятора первой ступени и добавив электрический клапан, это превратит устройство в чистом виде в eCCR.
В этом случае максимальная рекомендуемая рабочая глубина составляет 100 метров.

. (1) Обратите внимание, что это приближение
. (2) коэффициент 2 также приближении зависит от типа газа, и может варьироваться от 1,7 до 2,0


В общем как то так. Кривовато конечно.
Если интересно могу добавить разжеваные газодинамические расчеты дюз.


Вернуться к началу
 Профиль  
 
Показать сообщения за:  Поле сортировки  
Начать новую тему Ответить на тему  [ 1 сообщение ] 

Часовой пояс: UTC + 3 часа


Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей и гости: 10


Вы не можете начинать темы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете добавлять вложения

Найти:
Перейти:  
cron
Powered by phpBB® Forum Software © phpBB Group
Русская поддержка phpBB