4 (Техническая газодинамика Дейч М.Е), страница 12

В большинстве случаев переход от конфузорной части к коническому диффузору осуществляется с резким изменением кривизны стенок, причем скачок ~кривизньь возрастает с увеличением у„. Такое местное нарушение граничных условий является причььной раннего отрыва пограничного слоя при увеличении угла ул, Влияние указанного нарушения особенно велико в тех случаях, когда пограничный слой на значительном расстоянии от входа ламинарный. Отметим, что характер неравномерности поля скоростей на входе существенно влияет на потери в диффузоре.

Особенно неблагоприятным является эпюр скоростей 7, вытянутый в средней части (рис. 7-7); менее существенно влияние неравномерности, если, поток характеризуется повышеннььми,скоростями у стенок (эпюра 2). В этом случае потери могут оказаться меньшими по сравнению с ~равномерным полем скоростей (эпюра 3).

Неравномерность, характеризуемая эпюрой 2 на рис. 7-7, благоприятна потому, что в этом случае пограничный слой в диффузоре становится тоньше, а точка отрыва смещается по потоку, При правильной организации потока на входе в диффузор угол раствора ун можно принимать увеличенным. При определении оптимального угла раствора ул „„ т.

е. такого максимального угла, при котором еще не 392 произошел отрыв потока, можно для круглых диффузоров при малых скоростях пользоваться формулой И. Е. Идельчика; "(„„„= 0,43 ~ —. — ) где |ьа — опытный коэффициент, УчитываюЩий влиЯние неравномерности поля скоростей на входе в диффузор. СледУет подчеРкнУть, что фоРмУлы длЯ Т„ и пРедставляют эту величину в зависимости от числа Рейнольдса, О,а О,з а,г о,ь Рис. 7-7. Влияние характера нераеиомерности поля скоростей яо ахолном сечении диффуаора на потери; йе, = = 3 | О', Ы, = 0,5. функцией которого является коэффициент сопротивления 1.

Расчеты показывают, что с ростом 1(е, Т„,„, увеличивается. По опытным данным К. С. Сцилларда с ростом числа М, преимущество малых углов возрастает. Следовательно, с увеличением М, оптимальный угол раствора должен уменьшаться (рис. 7-4). Этот результат представляется очевидным, так как влияние сжимаемости прояв- ляется в том, что увеличиваются продольные градиенты давления.

Так, прн увеличении числа М от 0 до 0,8 Т е д.опт уменьшается на 0,7 — 0,9о Яе, = 1О'). Зта зависимость Т ,„, от числа М, оказывается менее интенсивной, чем от )се,. Опыты показывают, что для круглых конических диффУзоРов оптимальные значениЯ Т„,п„можно пРинимать в пределах Тд,п,=б —:15о.

Наиболее употребительны средние значения 10 — 12о. Важной геометрической характеристикой диффузора является отношение сечений 7. При заданной скорости на входе повышение давления происходит только до определенных пределов, причем в коническом диффузоре и в днффузоре оптимальной формы наиболее бурный рост давления соответствует начальному участку. Значение параметра 7, отвечаютцее максимальной степени сжатия в диффузоре, называется предельным. Выполнение диффузора с ббльшим отношением ) нецелесообразно, так как при этом па выходном участке обнаруживается снижение давления. Результаты расчета показывают, что 7' зависит от пред угла раствора диффузора Тд, безразмерной скорости потока Л, и числа )се, на входе.

С увеличением Т и Л, величина )'„~, . уменьшается, Физически этот результат объяс- нЯетсЯ тем, что с Ростом уд и Л, УвеличиааютсЯ гРадненты давления. Возрастание числа Рейнольдса привадит к увеличению ~„„,„, так как при этом уменьшаются потери на трение в диффузоре. Следует отметить, что практически принимаемые значения 1„, должны быть меньше расчетных.

Действительно, наиболее интенсивное сжатие газа происходит во входном участке диффузора, так что в сечениях 1 = 2,5 †: 3,5 повышение давлениЯ составлЯет около 90еуз максимального, соответствующего )„„,„(для диффузоров с углами раствора Т =8 —:15 ), При окончательном выборе ~„„,„следует производить детальный расчет пограничного слоя и оценивать вероятность образования отрыва по параметру Г Г. Результаты соответствующих расчетов для конических диффузоров показаны на рис. 7-8.

Видно, что предельные ЗЯ значения 1, определенные по условиям безотрывпого пред ' течения (Г(Г ) и максимального повышения давлений в ди~))грузоре р,тер,=0,9(р,~ер,)„„,, существенно ниже теоретических 7, изображенных сплошными линиями. пред ' Для диффузоров, построенных по рациональному распределению давлений, значения 7 могут быть выбраны п,о Угр т0 0,0 з,а 80 Рис. 7-8. Предельные степени расширения диффузора в зависимости от угла раствора и безразмерной скорости на входе.

большими, так как в этом случае течение в диффузоре безотрывнос. Влияние формы диффузора на его основные характеристики частично рассматривалось в $ 7-1. Как указывалось, решение этого вопроса не является универсальным; оптимальный эпюр давлений меняется в зависимости от двух основных геометрических параметров — отношения сечений 1 и длины диффузора. При малой длине и больших Г, когда градиенты давления на входе весьма резко возрастают, возможно образование отрыва уже во входных сечениях. В этих случаях необходимо уменьшать гор,ггух на входе, причем диффузоры с постоянным 1 градиентом давления оказываются более эффективными для больших углов рас- 898 О,Б Б,Р э,э Бгг 396 твора, т.

е. при малой длине и больших (. Этот факт отчетливо подтверждается опытами И. Е. Идельчика с плоскими диффузорами (рис. 7-9). Так как в изоградиентных диффузорах потери на трение больше (в связи с тем, что 5" возрастает на выходе интенсивнее), то применение таких диффузоров следует считать целесообразным только при больших углах рас- О,у Э ах 'а Б,Б г,п т,р у,в гг гэ ээ Рвс 7 9 Изменение козффнциента потерь в плоских диффузорах в зависимости от относительной длины Т, д' твора Т, ~ 18о. В интервале т = 12 —: 18о лучшие результаты дают диффузоры с прямолинейными стенками (Тд=сопз1).

При малых углах 7„~12о следует переходить к диффузорам с криволинейными выпуклыми стенками (кривые 2 на рис. 7-6). Возможно также применение комбинированных диффузоров, принципиальные схемы которых приведены на рис. 7-10. Особый интерес представляет ступенчатый диффузор. Повышение давления здесь происходит вначале в обычном плавно расширяющемся канале, а затем давление растет при внезапном расширении сечения.

Такие диффузсйзы следует применять при малой длине и больших отношенйях 1. Дпя каждого значения 7 существует определенная оптимальная длина а, соответствующая минимальным гг' потерям. При выбранных оптимальном угле раствора Т „, н 1 однозначно определяется площадь выходного сечения А плавной части диффузора Р Ступенчатые диффузоры имеют существенные преимущества в тех случаях, когда необходимо сократить длину диффузора. При малых у примечение ступенчатого диффузора нецелесообразно, так как суммарные потери при внезапном расширении возрастают. Рис. 7„-10 Схемы комбинированных диффузоров.

а, Б н д — ступенчатые днффузоры, е — лвффузоры с малычн (22 в соль. шими (2] градиентами давление иа входе, г — днффузор с разделительными стенками, е — нзограднентныи днффузар, Опыты показывают также, что на эффективность диффузора влияет форма его поперечных сечений. В круглых и плоских диффузорах потери энергии оказываются минимальными. В диффузорах квадратного или прямоугольного сечения с расширением в двух плоскостях потери выше. Это объясняется различным изменением давлений вдоль потока: градиенты давлений в круглых и плоских диффузорах при одинаковых гог и Га будут меньше, чем в квадратных. В некруглых диффузорах потери повышаются вследствие интерференции пограничных слоев в углах. 397 Опыты подтверждают значительное влияние начальнои турбулентности на характеристики диффузора в полном соответствии с тем, что было получено при исследовании пограничного слоя (гл.

5). Коэффициенты потерь интенсивно возрастают с увеличением начальной турбулентности. Остановимся на оценке ~влияния основных режимных параметров, чисел )ке1 и М, на характеристики диффу- ьз. па ы 1г го г,г Аз Рис 74 К Влиииие чисел де, и М, иа коаффиииеит потерь а конических диффуаорах. сд=-сд~ дяе,=ало. воров.