Chang_t1_1972ru (1014102), страница 31
Текст из файла (страница 31)
Зто распределение является важным фактором, влияющим на развитие пограничного слоя и отрыв потока. Как показал Гибсон, диффузор с линейным распределением площадей по длине не имеет других преимуществ. кр оме пр ос той формы. В 1926 г. Ведерников [32[ исследовал двумерный диффузор с прямолинейными стенками, который мог быть использован в качестве элемента аэродинамической трубы. Диффузор имел угол раскрытия 2В = 0 — 28', длину 1 м и площадь входного сечения 0,1 м'. Скорость воздушного потока составляла от 7 до 27 м/с.
При 29 = 14' происходило обрааовапие вихрей, а при 2 В= 16' в области отрыва возникало обратное течение. Минимум потерь наблюдался при 2В =- 8 — 10'. Паттерсон [31[ рассмотрел экспериментальные данные Гибсона [40[, Петерса [15[, Ведерникова [32[, Вюллерса [33[ и предложил руководствоваться при разработке диффузоров следующими рекомендациями: 1. Олтимальные углы раскрытия 28 для диффузора с круглым поперечным сечением 6 — 8', для диффузора с квадратным поперечным сечением 6', для диффузора с прямоугольным поперечным сечением, у которого две стенки остаются параллельными, 11'.
2. При ааданной степени расширения наиболее эффективен диффузор с круглым поперечным сечением. 3. Чем тоньше пограничный слой на входе, тем больше эффективность диффузора. 4. При угле раскрытия 15' ( 2В ( 30' эффективность диффузора можно увеличить за счет округления угловых точек входного участка. 5. При углах раскрытия более 50' потери в диффузоре можно снизить на 40 — 503» путем закручивания потока по закону «твердого тела» либо с помощью дефлекторов, отклоняющих и закручквающих поток.
Проблемы отрыва потока в работе Паттерсона рассматриваются лишь косвепно. Качественно отрыв потока в диффучорах исследовал Полцин [34[, используя метод визуализации. Воздушный поток можно наблюдать с помощью шлирен-метода [35, 36[, или, как его еще называ»от, метода Теплера, и с помощью теневого метода, или метода Дворжака. Модель двумерного дозвукового диффузора имела прямоугольное поперечное сечение, так как из-за искривления смотрового окна при круглом поперечяом сечении были бы невозможны наблюдения с помощью шлирен- ОтРыв туГБулкнтного потокА жидкости Таблица 8 РВЗУЛЬТАТЫ НАВЛЮДКНИЙ О~~ыв~ НА Р~сстоянин и = б ми От Ствпки ДИТЮУЗОРА С УГЛОМ РАСКРЫТИЯ ЗЕ = ~б П Не.= ао ббб [ЗСП Сечение, е затором проиьеодилссь наблю- дение Реоотонние идель оси диффуеоре, мм Рееультьты наблюдений 1,00 0 1,2 110 Параллельный исток, нозмущений нет Параллельный поток, небольшое отклонение по- лос в сторону стенки, возникновение пульсаций верной полосы Снльнан неустойчивость; быстрое мелькание по- лос у стенки; возникновение неустансзввшсгосн перемежающегося отрыва Сильные пульсации, сбеганне зпвз по потоку различимых вихрей Сбеганне зннз по потоку непрерывно следующнх один за другим отрывающихся вихрей Начало непрерывного отрыва вихрей Первая полоса на расстоянвн Р=5 мм соответст- вует обратному течению Сильное обратное течение 1,26 150 260 1,456 1,7 400 2,0 575 2,14 650 2,45 840 метода.
Интервал чисел Рейнольдса воздушного потока, вычисленных по средней скорости во входном сечении диффузора и по гидравлическому диаметру, составлял 5 10з Ке с 75 10з. Тем не менее приведенууые ниже результаты наблюдений могут быть полеаны для изучения свойств потока в диффуаоре. Зксперимент проводился при углах раскрытия диффузора до 2В == 20', При бблыпих углах раскрытия отрыв потова не мог стабилизироваться на верхней стенке, н точка отрыва внеаапно начинала перемещаться к входному сечению.
Результаты исследований отрыва на гладкой и шероховатой поверхностях представлены на фиг. 11 и 12 в зависимости не только от угла раскрытия диффузора, но и от отновзения площадей, т. е. от расстояния вниз по потоку. Как н ожидалось, отрыв возникает ниже по потоку при уменьшении угла раскрытия и наоборот. Как видно нефиг. 12, отрыв возникает раньше на шероховатой поверхности, чем на гладкой. (Эта тенденция ааметнее проявляется с увеличением отношения площадей.) Выделение двух стадий отрыва потока (начальная стадия и стадия полностью развитого отрыва) было предложено Полцином (табл. 3 и фиг.
11, 12). Отрыв потока в начальной стадии но является непрерывным процессом: по своей природе это переходный процесс. Анализируя расчотные методы, Полцин выяснил, что Ойлпсмь разеищсзо Рпзеощ й отрыв на 2,2 „2,0 1,8 1,2 1,0 ' 0 2 С б 8 !О !2 14 !б !В 20 22 Ф и г. 11. Режимы отрыва в двумерном диффуворе, Ве = 40 000 (гладкая поверхность) )34е). б Площадь рассматриваемого сечевая бвх площадь входа тп — угол раскрытии диффузора (трала. 2,0 .2 1,8 7,6 7,2 1,0 О 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 20 Ф и т.
12. Влияние шероховатости стенки на отрыв потока в двумерном диффуаоре, Ве = 40 000 [34). б Плов!аль рассматриваемого сечении бвх Площадь входа 9 в угол раскрытия диффузора (град.) ОтРыВ ТУРБулентнОГО потокА жидкости 177 метод П"льгаузена (37) пригоден для определения начальной стадии отрыва.
В начальной стадии положение точки отрыва не зависит от числа Ройнольдса. Однако Полцин наблюдал, что полностью Развитый отрыв зависит от числа Рейнольдса и с увеличением числа Рейнольдса точка развитого отрыва перемещается вверх по Зотову. Ясно, поэтому, что метод Полы аузена [37) непригоден для расчета внезапного перемещения точки отрыва. На 40 о,з О,б Ч О,Л од 'о о ю ж го ге Ф и г 13 Зффективносгь днффуаорв (34).
А Гиькск АПАа = К прямоугольное поперечное сечение; О Гибсон, А„'А, =. 4, квадратное поперечисе сечение; х Ведерников, прямоугольное поперечное сечение; ° Петерс, А )А, =- г 3, М круговое поперечное сечение; Ае — площаль входа, А, — гщощадь выхопа, гэ угол раскрытия диффуаора. фнг. 13 ггриведена зависимость эффективности диффузора (определенной как отношение действительного приращения давления к прврагу1ению давления без потерь) от угла раскрытия 20. 1)елн'тина у) достигает максимального значения при 6' ( 26 е ( 13 здтеьг быстро снижается. С ростом длины днффузора потери также Растут. причем потери на трение растут быстрее, чем потери, вызрагппче отрывом потока. Сравнение диффузоров с одинаковыьг отновгендтеаг давлений показывает, что при малых углах раскрытия преоблаДают потери на трение, а при болыпих углах раскрытия, клоб~рот.
преобладают потери, вызванные отрывом и возмущением потока 11оэтому можно ожидать, что оптимальный угол раскрытия закхючеач между малыми и большими значениями. Па фиг. 14 показангл распределение скорости вблизи точки отрыва. 1(а я~вой стенке возникает возвратное течение, когда происходят отрьав потока и нарушается симметрия течения, причем максиагумсгго1зости смещается в направлении к правой стенке Турбулонгная вязкость е= — (т)р)!(Сги,'е)у) не постоянна по сечению диффучорм ока максимальна на стенке и уменьшается в направлении к опг длуффузора. Крометого, как н ожидалось, з увеличивается с увелигаениеуг угла раскрытия диффузора. Рейд (381 исследовал течение воздуха в двумерных несимметричкыу лиф фузорах с плоскимн стенками. Его интересовало не только влвдние угла раскрытия диффузора, но и градиента давления впрактически валеном интервале значений 1,7И'О где Ь вЂ” длина диффузора ~г ООУ глава г т 178 и Иг,— ширина входного сечения.
Согласно полученным результатам, максимальная эффективность диффузора соответствует углу раскрытия 6 — 7' во всем исследованном интервале значений отношения Л/И'ы причем она уменыпается всего на 2% при увеличении Л/Игг от 5,50 до 21,75.
Максимальное значение коэффициента восстановления давления блв -— — [рт — р~)/д, (где рт и р~ — статическое давление соответственно в выходном и входном сечениях Сыенаа Снелла Ф и г. 14. Распределевие скорости, включая область отрыва [34[. диффузора, 11, — скоростной напор во входном сечении) достигается при угле раскрытия 28 = 12', когда 51Иг, = 5,50, и 2с1 = 9', когда Л/И"~ =- 21,75. Для управления отрывом можно использовать тонкую центральную продольную перегородку, которая предотвращает отрыв и повышает эффективность коротких диффуаоров.
В диффузоре возможно также неустановившееся пульсирующее течение. При увеличении угла раскрытия диффузора постоянной длины установившееся течение преобладает до тех пор, пока коэффициент восстановления давления не достигнет максимального значения. Сразу после этого поток становится неустановившимся с интенсивной пульсацией и хаотической завихренностью. Подобные явления неоднократно наблюдались рядом исследователей. Течение в диффузоре с прямоугольным поперечным сечением было также исследовано Талтсом [39), Виауальные наблюдения в интервале углов раскрытия от 0 до 20' и чисел Рейнольдса ОТРЫВ ТУРБУЛЕНТНОГО ПОТОКА ЖИДКОСТИ $79 5 104 ) Ке ) 3 10' показали, что существуют две стадии отрыва потока: «внезапное торможение на границе», при котором мгновенное значение скорости равно нулю или несколько больше нуля, и »отрыв или возвратное течение на границе», при котором среднее значение скорости равно нулю.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
