Механика жидкости и газа. Избранное. Под общей ред. А.Н. Крайко. (1014100), страница 86
Текст из файла (страница 86)
Кандидат технических наук (1958 г.), старший научный сотрудник (1962 г.), доцент (1964 г.) . С 1947г. работает в Центральном институте авиационного моторостроения (ЦИАМ) им. П.И. Баранова, в настоящее время в должности ведущего научного сотрудника. Основные научные направления: газовая динамика и акустика воздушно-реактивных двигателей, экспериментальные и расчетные исследования сверхзвуковых воздухозаборников, реактивных сопел и шумоглушащих устройств. Под редакцией Л.И. Соркина вышли из печати справочники по иностранным авиационным двигателям (1987-2000 гг.) и энциклопедия "Авиадвигателестроение" (2000 г.).
Награжден премиями им. профессора Н.Е. Жуковского (1961 г.) и им. Л.Л. Швецова 1АССАЛ - 2000 г.), орденами "Отечественной войны П степени" (Л.И. Соркин - участник Великой Отечественной войны), "Знак Почета", многочисленными медалями и государственным знаком РФ "За заслуги в стандартизации". Член редколлегии журнала "Авиационное двигателестроение" 1ЦИАМ), автор ряда отраслевых стандартов. Глава 8.1 ВЛИЯНИЕ ВЯЗКОСТИ НА ТЕк1ЕНИЕ В ОБЛАСТИ ПРЯМОГО СКАк1КА УПЛОТНЕНИЯ*) А. яй. Зубков, Л. Ж.
Соркин Во многих задачах газовой динамики необходимо обеспечить переход от сверхзвуковой скорости потока к дозвуковой. Как правило, этот переход совершается в скачках уплотнения, что имеет место в диффузорах сверхзвуковых аэродинамических труб, во входных диффузорах воздушно-реактивных двигателей, в колесах газовых турбин и т.н. В случае течения идеального газа в канале сверхзвуковой поток преобразуется в позвуковой посредством прямого скачка уплотнения.
Наличие пограничного слоя на стенках канала, в котором располагается прямой скачок, существенно изменяет обычные представления о прямом скачке. Влияние вязкости проявляется в образовании отрыва потока в месте взаимодействия прямого скачка и пограничного слоя. Вместо одного плоского фронта прямого скачка образуется сложная система скачков, для которой не выполняются известные газодинамические соотношения для прямого скачка. Отрыв потока приводит к дополнительным потерям полного давления. ПоЭтому в послЕдние годы проведены исследОвания физической картины течения в области прямого скачка уплотнения и локализации отрыва, .возникающего в результате взаимодействия прямого скачка с пограничным слоем.
Ниже излагаются основные результаты этих исследований. Переход от сверхзвуковой скорости течения к дозвуковой в каналах происходит в системе из нескольких скачков уплотнения, возникающих вследствие отрыва пограничного слоя от стенок канала. Эта система скачков представляет собой так называемый замыкающий скачок уплотнения. Замыкающий скачок ограничивает чисто сверхзвуковую область течения снизу по потоку и может изменять свою форму и положение при изменении давления за ним. Типичная кривая распределения давления на стенке слаборасходящегогя плоского кана- *) Изв. АН СССР. ОТН, Механика и машиностроение. 1961.
Нз 1. С. 114 120. 8.Ц Нлиянис вязкости на течение в обласиси прямого скачка 463 0.6 0.5 О.з 0 2 4 б с/Д Рис. 1. Торможение сверхзвукового потока в замыкающем скачке уплотнения, расположенном в плоском канале: Мр — — 1А, Н = 28 мм; а - распределение статического давления в теневая фотография течения; б поле приведонных скоростей в выходном сечении ла (угол раскрытия канала равен примерно 1') и совмещенная с этой кривой теневая фотография течения приведены на рис. 1.
На кривой распределения давления имеется область значительного повышения давления от точки А до точки В, при этом рост давления происходит не скачкообразно, а плавно и начинается на некотором расстоянии до видимой на фотографии центральной части замыкающего скачка. Такое протекание кривой давления, измеренного на стенке, объясняется передачей давления против потока по дозвуковой части пограничного слоя и отрывом пограничного слоя от стенок канала, приводящим к образованию "ножек' у основания замыкающего скачка.
На рис. 1 также приведено поле приведенных скоростей в выходном сечении канала. Поле скоростей имеет значительную неравномерность, на оси канала наблюдается уменьшение скорости. Такой вид профиля скоростей полностью согласуется с наблюдаемой формой замыкакзщего скачка. действительно, центральная часть замыкакзщего скачка близка к прямому скачку уплотнения и скорость за ним меньше, чем в потоке, который проходит через два косых скачка "ножек".
В плоском канале отмечена значительная неустойчивость замыкающего скачка, которая, по-видимому, усиливается в результате отрыва пограничного слоя на боковых стенках. Замыкающий скачок в этом случае становится пространственным. А. И. Зубков, Л. И. Соркин Приведенные выше данные о переходном течении в плоском канале дают представление о физической картине течения внутри канала и, кроме того, позволяют более четко анализировать течение в кольцевом канале, в котором были проведены основные исследования по изучению перехода от сверхзвуковой скорости к дозвуковой. Описание экспериментальной установки н методика испытаний.
Схема установки для изучения течения в области замыкающего скачка уплотнения показана на рис. 2. Она представляет собой кольцевой канал, перец которым устанавливались сверхзвуковые Рис. 2. Схема установки; 1 — — сверхзвуковое кольцевое сопло, 2 —. участок постоянной площади., 3 лроссель, 4 труба кольцевые сопла, рассчитанные на числа Маха Мр = 1.3, 1.4, 1.5, 1.7, 2.1, 2.5 и 3.0. Контуры кольцевых сопел рассчитаны графоаналитическим методом. Испытания проводились для двух высот кольцевого канала Н = 14 мм и 28 льн.
Па выходе из установки находится дроссель, с помощью которого можно изменять давление в конце кольцевого канала. Установка оборудована мерным устройством для определения расхода воздуха. При каждом испытании получалось распределение статического давления по наружной стенке кольцевого канала при разных положениях дросселя. Статическое давление измерялось посредством отверстий в стенке, расположенных с шагом 5 зим. В большом числе опытов производилось измерение параметров пограничного слоя.
Полное давление в пограничном слое измерялось при помощи микронасадков, .установленных в шести сечениях по длине кольцевого канала. Точность перемещения микронасадка составляла 0.01мм. Такая точность получена с помощью индикатора часового типа, установленного на обычном координатнике. Измерения давления производились на ртутных манометрах, показания которых фотографировались. Число Рейнольдса Не в опытах изменялось от 1.6 10в до 3.2 10в, причем 2НС Нела = —. дов Здесь С . расход воздуха через кольцевой канал, Н вЂ” высота кольцевого канала, д коэффициент динамической вязкости, д ускорение свободного падения,г' - площадь сечения кольцевого канала; гидравлический диаметр для кольцевого канала равен его высотам: 7З = 2Н.
8.Ц Влияние оязности на течение о области праиоео сночно 465 Результаты экспериментов. Типичные кривые распределения давления вдоль стенки кольцевого канала для разных положений замыкающего скачка приведены на рис. 3. Кривая а соответствует непрерывному торможению сверхзвукового потока, происходящему вследствие увеличения толгцины вытеснения пограничного слоя.
Остальные кривые соответствуют переходному течению в области замыкающего скачка. На кривой 6 можно различить два участка: первый участок АВ, на котором, как н в плоском канале (рис. 1), статическое давление возрастает, и второй участок ВС, на котором оно падает. Н точке В достигается некоторое предельное значение статического давления. Как указывалось выше, участок АВ соответствует переходу от сверхзвуковой к дозвуковой скорости потока. В зависимости от места расположения замыкающего скачка изменяется как отношение давлений, взятых в точках В и А, так и расстояние между точками А и В, подсчитанное вдоль оси кольцевого канала.
За точкой В поток дозвуковой. Бго скорость из-за роста пристеночного пограничного слоя увеличивается, а статическое давление падает. Для выяснения физической картины течения в области замыкающего скачка подробно исследовались характеристики пограничного слоя до замыкающего скачка и за ним. Было обнаружено, что профиль скорости в пограничном слое до замыкающего скачка подчиняется степенному закону с показателем 1/7. Непосредственно за ним профили скоростей подобны профилю скорости в плоском канале. Прн этом четко проявляется отрыв потока от стенок в месте возникновония замыкающего скачка (в окрестности точки А на рис.
3). По мере удаления от замыкающего скачка вниз по потоку поля ско- 0.6 0.4 0.2 0 2 4 6 8 10 Рис. 8. Распределение статического давления по стенке кольцевого канала (Мр — — 1.7, В = 14 жж); кривая а непрерывное торможение сверхзвукового потока вслецствие трения, б торможение в замыкающем скачке, с разгон потока в сверхзвуковом кольцевом сопле;точка 0 начало участка постоянной площади; кривые 2 7 соответствуют разным положениям замыкающего скачка А. И.
Зубков, Л. И. Соркин ростей выравниваются. Измерения показывают, что в сечении, соответствующем точке В, неравномерность потока наименьшая. В том же сечении наименьшей становится и средняя скорость потока. Ниже по теченикз скорость потока растет, а его неравномерность остается практически постоянной. Характер изменения профиля скорости за замыкающим скачком типичен для течения при турбулентном перемешивании. Влияние трения у стенок проявляется лишь в сечениях, расположенных за точкой В.
Таким образом, расстояние между точкой А и В определяет минимальную длину кольцевого канала постоянного сечения, на которой заканчивается рост статического давления и достигаются минимальные средняя скорость и неравномерность потока. Обозначим длину этого участка через 1т и назовем ее длиной участка торможения сверхзвукового потока в замыкающем скачке уплотнения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
