Chang_t1_1972ru (1014102), страница 32
Текст из файла (страница 32)
Были получены следующие эмпирические формулы для степени расширения е и угла раскрытия диффузора О: е„р —— 1 + 0,3001 ( — ) + 0,0493 ® — 0,0776 ( — „) + -!- 0,0176 ( ь О„р —— агс18 (0,3001+0,0493 Я вЂ” 0,0770 ( — ) + -, 0,0176(ь ) ~, где х — расстояние от сечения, с которого начинается расширение, и Ь~ — ширина входа диффуаора. Так как в любом сечении диффузора отрыву потока предшествует максимальное приращение давления, то представляет интерес следующее соотношение между максимальным приращением давления, оптимальным углом раскрытия и требуемой степенью расширения: 11»вт — ~94 12 16 41»(1» ) где С44 — некоторый постоянный угол, зависящий от числа Рейнольдса, цр — эффективность диффузора, е — степень расширения (отношение площади данного сечения к площади входа).
Если эффективность диффузора не зависит от длины, на которой происходит расширение, то оптимальные углы раскрытия при конечном значении степени расширения определяются по следуюшим формулам: Ор„, =- 17,6' — 12.16' 0,78 = 8,1' при Ке = 1 ° 10», О,„, =- 18,7' — 12,16' 0,79 = 9,1' при Ке =- 2 10 и О,„, =- 18,4' — 12,16' 0,84 = 8,0' при Ве =- 3 10'. Коэффициент восстановления энергии в диффузоре заметно вьппе коэффициента восстановления давления, и разница между ними т~рини»4ает максимальное аначение при полностью развитом отрыве перед появлением обратного течения.
Параметры пограничного слоя на входе — толщина б и формпэраметр Н = 6*/Π— оказывают сильное влияпие на развитие 12 ггллВА лч 180 турбулентного пограничного слоя и отрыв потока в диффуэоре. П эксперименте Винтерница и Рэалсея (40) применялся кольцевой экран на входе в диффузор. Оказалось, что при торможении потока кольцевым экраном возрастает толщина пограничного слон и изменяется значение Н. Подробное вопрос о влиянии экранов иа отрыв потока будет рассмотрен в гл. Х11. Краткий обзор ллекоторлах исследований отрыва внутронних течонпй показывает.
что явления. возникалощие во внутренних течениях, зависят от угла раскрытия, градшнта давления в направлении течения. условий на входе, присутствия перегородок и т. д. Также известно, что в диффуэорах и каналах возможно аеустановившееся течение с интенсивной пульсацией. Этих фактов достаточно, чтобы убедиться в сложном характере внутренного течения н показать, что классическуло теориллл пограничного слоя илп рсплспня для вязкого установившегося внешнего течения нельзя непосредственно применять к внутреннему потоку.
П настоящее время нет удовлетворительного метода расчета отрыва внутреннего течения. Прелкде чем пытаться решить зту сложную проблему. необходимо провести систематические исслсдовапия явлений отрыва виутренного течения в диффузорах простой формьл, постепенно переходя к формам. применяемым па практике.
з с двумикный дозвуковой диолмхзок с пияисзинкйными станками 1(ш показали предыдущие исследования. самымп важпымп параметрами. влияющими на отрыв потока в двумерном днффузоре с прямолинейньыщ стоиками при дозвуковых скоростях (в присутствии илп отсутствие плоских направляющих лопаток), являлоэся угол раскрытая. отношение длины диффузора к плллрллне горла 1,')Г, и турбулентность наолшалощего потока. Влияние удлинения и чисел Рейнольдса пренебрежимо мало.
Ирп увеличении угла раскрытия О от О до йл5' можно иаблкн дать четыре существенно различных ре;кима течения: а, Безотрывное течение прп малых зна ппият 0 (фпг, 15. а; фпг. 16. а — а). б. Трехмерный отрыв переходного типа (фпг, 15, б; на фпг. 15 соответствует умеренному значению угла (й —.
15'" в ооластп пеклу а — а и б — б). Ооразуется большая переходнав область, в которой положение, разморы и интенсивность ,о грьлаа изпеняклтся во времени. В этом режиме наблюдаются сильные ллульсацлллл течения. в Установившееся двумерное течение (фиг. 15, в; на фиг. 1б соответствует довольно большому углу раскрытия О -- 17 — 22.5' между б — б и в — в). (:уществует область .полностшо развитого отрыва, именэщая треугольную форму ОТРЫВ ТУРВУЛВНТНОГО ПОТОКА ЖИДКОСТИ 181 и образованная в основном турбулентным возвратно-циркуляционным течением от выходного сечения диффузора почти до его горла.
Непрерывный основной поток относительно спокойно дви кется около другой стенки. г. Отрыв потока от обеих стенок 1фиг. 15, г; на фиг. 16 соответствует очень большому углу раскрытия 0 ==- 30' в области над кривой г — г). Образуется струйное течение, при котором основной поток отрывается ох обеих стенок сразу после критического сечения и больше не присоединяется к стенкам ниже по потоку. Такой режим те тения существует только при больших углах раскрытия диффузора. Большое одлаапа ошрыеа,л лл аллане рааличннс полонения юа устапоеаеш ераюна-Чарпуляцаонное пиченае Ф и г.
15. Схсьтатичесное представление речкимоь точении н дттффуноре [Зй а — плпвное бееотрыпное течение; б — отрыв перепопното типе (нестеционерное трехмерное течение); ч — полностью рееентый устенооноыийся отрыв; и — струйное течение. Этн выводы были сделаны авторами работ ~41, 42). 11ри постоянном уровне турбулентности с увеличенпейт отношения Ь,'Илт от 4 до 20 углы раскрытия, при которых существует неустанониншийся трехмерный отрыв и установившийся двумерный отрыв, уменьшаются в 2 — 3 раза.
Однако при постоянном отношении 51Ил, повышение уровня турбулентности приводит к увеличению углов раскрытия. при которых происходит переход от трехмерного отрыва переходного типа к двумерному установившемуся отрыву, приблизительно до 1,5 раза.
Но это не влияот на углы раскрьггия. при которых возникает трехморньгй отрыв переходного типа. Когда начинается трехмерный отрыв переходного типа. немного понижается зффективность и коэффициент восстановления 182 ГЛАВА гч АО 2Е О 2 ы Установка 6 — 8 тонких предельных перегородок па всей длине днффузарв и диска в ега начале приводит к перемещению отрыва Кз ась днффувара и н результате к повышению казффидяеитв васстанавлеяия давления, однородности и устайчнвасти патака в коротких каснчаских днффузарзх с большими углами раскрытия (К а а (У. М., А Ма(Пай а( Р!ан 8(а66!!гвнап н1(Ь Н(6(г Ргеввпге Кесачегу !п 8!юг! Сап!са! (31!(озагв.
Аггая. Х., 75, № 725, рр. 336 — 339 (1971)!. — Прим. рсд. давления диффузора, а при двумерном установившемся отрыве этп параметры диффузора сильно падают. Характеристики диффузора улушпаются при использовании коротких или длинных направляющих лопаток. Вознратное течение прп етом исчезает или ослабляется; направление основного течегоо ния становится более устойчивым и упорядоченным. Чтобы получить оптимальзо ~ . ную конструкцию диффузора, ! ' в иунгно поместить короткую г б( , лопатку в плоскости сим- метрии вблизи горла; угол (а( раскрытия канала, образо- ванного стенкой и лопаткой. б должен быть равен 7'! длит на лопатки должна вычисляться с учетом геометрии диффузора; при болшпих скоростях течения в диффузоре не должны возникать области течения со скоростью, близкой к скорости звука.
НримеФ и г. 16. Режимы течения в дву- ергп,м, ффузар с прямо, ей ым пение в диффузоре с большим стенками (3!. суммарным углом раскрытия а — а — линия ззмагяага отрыва; б — б — (30' и более) направляющих гранина сждг а рью яср д»'ага гипз лопаток позволяет увеличить и полностью развитым взрывам, а — а — перехад аг пвшасгью рззвнгага агрмвз в сгргб. козффициент восстановления ному тсчсиию; г — з — исрсхад аг струивага течения и йавиастью разввтаму отрыву; даВления от 0,38 (без попав с вба ггвбгванюгасгь, — -с вьнзЯтУР- ток) до 0,70 путем уменьшебувавгвасгь. (Мсьчдт « — в в з — г имсагсяабяасгьгясгзрззнс(з!.— ярам. перев.) ния области отрыВВ потока и выравнивания профиля скорости на выходе из диффузора Ю.
Можно упомянуть следующие свойства направляющих лопаток в качестве доказательства, что одной только теории пограничного слоя недостаточно при определении параметров отрыва при внутреннем течении. Например, если поместить в дпффузор короткие лопатки, отрыва не произойдет, хотя положительный градиент давления удваивается по величине на стенках в сечениях, закрытых лопаткамп.
И, наоборот, в диффузоре без лопаток при вдвое меньшем положительном градиенте давления, чем в диффузоре ОтРыВ туРБулентнОГО потока жидкОсти 483 с лопаткамн, происходит отрыв. Другими словами, в присутствии коротких направляющвх лопаток положительный градиент давления, действующий на данный пограничный слой, при тех же условиях увеличивается более чем на 100% и уничтожает полностью развитый отрыв. Эти результаты противоречат обычным представлениям об отрыве в соответствии с классической теорией пограничного слоя и явно показывают, что для решения проблемы отрыва при внутреннем течении недостаточно одной только теории пограничного слоя. Наблюдая периодическое трехмерное неустановившееся отрывное течение вблизи стенки, Клайн ~3] ввел для объяснения этих Явлений так называемый сигма-паРаметР О =-юь!ю„гДе юь— расход возвратного течения внутри контрольной поверхности, а ю, — максимальный расход, с которым оторвавшаяся от основного потока жидкость постепенно возвращается эжектированием в основной поток.
Численное значение этого параметра получить нельзя, поэтому Π— качественный параметр. Хотя нз-за этого пользоваться О-параметром не так просто, тем не менее он может применяться при исследовании отрыва внутреннего потока. При и ( 1, т. е. и, ) шю отрыв не может существовать постоянно, так что течение является неустановившимся. При О = = 1 происходит установившийся отрыв, и часть потока занимает течение с постоянной циркуляцией. При О ) 1 существует область струйного течения периодического типа, ббльшая, чем область отрыва. В этом случае часть оторвавшегося потока отделяется и движется вниз по течению. Этот процесс непрерывно повторяется.
При визуальном исследовании картины течения с помощью красителей Клайн установил, что отрыв является развнвающимся процессом, т. е. он начинается в локальной области, в которой па ) и,. С ростом области отрыва основной поток отходит от стенки, вызывая локальное уменьшение и~, и дальнейший рост области отрыва до установления устойчивой картины течения. С помощью этого процесса развития отрыва можно об"ьясннть эксперимент Кохрана и Клайна с направляющими лопатками. На фнг. 17 показано установившееся течение. На фиг, 18 изображены линии тока, которые возникают, когда область отрыва начинает увеличиваться.
Если условия течения соответствуют фиг. 18, то направляющие лопатки оказываются под нагрузкой, так как приобретают некоторый угол атаки вследствие изменения направления линий тока. Под действием этих нагрузок основной поток поворачивает к области, в которой начался отрыв;при этом ш, увеличивается. Так как усиление неравЕнства и, ) иь способствует сокращению размеров области отрыва и повышению давления ниже по потоку, то градиент давления увеличивается, а отрыв потока ослабляется.
Кроме того, каждая лопатка в интервале углов атаки, близких к нулю, подчиняется условию Жуков- ГЛАВА УР ского — Кутта, так что полученный выше результат следует также из рассмотрения каждой лопатки как крылового профиля. Действительная роль направляющих чопаток заключается в стабилизации поля течения путем изменения переходной стадии отрыва. Явмелеклое калравлекие линии люка Ф и г. 18. Действие направляющих лопаток при иамеииющихся условиях течения [3]. Обратное течение перехопкото типа )ке существует бев направляющих лопаток), восстанавливающее поток от в к в. Ф и г.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
