Прикладная гидрогазодинамика Сергель О.С. (1014106), страница 68
Текст из файла (страница 68)
Ислольэуя график рис. 16,4, определите для Ме=-3 отношение статических давлений ва онтнмальной трехскачковой системой к аа крякни скач. кок, если ее=1,34 (ск рис. ! 6.7, а). Ответ: рэпер,=! эи Глава !7 ТУРБУЛЕНТНЫЕ СТРУИ В природе и технике широко распространены течения жидкостей с тангенцнальным разрывом скорости. Течения жидкостей одинакового агрегатного состояния по обе стороны поверхности тангенциального разрыва называются струйными. Свободные струи ие ограничены стенками, Характерным примером свободной турбулентной струи является поток газов, истекающих иэ сопла реактивного двигателя в атмосферу. Па рнс, 17.1 схематично показаны условные границы такой струи н «мгновеииая фотография» ее турбулентной структуры (под осью) с некоторыми ее характеристиками. В теории турбулентных струй предполагается, что при слиянии потоков параметры в каждом из ннх распределены равномерно, т, е.
что пограничный слой на внутренних и внешних поверхностях сопла отсутствует. В этом случае разрыв на срезе сопла претерпевает не только скорость газа, ио н его температура уочьТ„, плотность оечьон, концентрация избыточного компонента соч~сн, параметры торможепия го'ФТн*, рс'Фо ', ое*ФОгг". При этом важно иметь в виду, что статическое давление не претерпевает разрыва рс=рн в дозвуковых и расчетных сверхзвуковых струях, которые являются изобарнымн др/дх=др/др=0. Поверхность тангенцнального разрыва скорости при 1че= Чс(вс — и >аз ' ~ 10' неустойчива и генерирует турбулентность ро (см. я. 6.2), которая называется свободной, так как ее возникновение ме связано с присутствием стенок.
Интенсявность свободной турбулентности в=й/и (и — скорость на оси струи) достигает 20% н существенно превосходит естественную степень турбулентности в трубах (2 ... 5%) и в развитом пристеночном турбулентном иограннчном слое (8 ... 12гзг). Струйная турбулентность определяет смешение сред, структуру струй и их название — свободные турбулентные струи. Классификация турбулентных струйе: 1. По числу Ма=по/ае истечения из сопла: 1) сверхзвуковые иерасчетные (см. и. 13А) н иэобарные расч"тные; ' При де<10т могут существовать ламииариые струи, редко встречающиеся в технике и здесь ие рассматриваемые, с,=иуи ринг иг=и„/ии=йй4 ! л«ии Рис.
17.1. Подогретая струя в спутном потоке 2) нзобарные дозвуконые. П. По относительному даижеиию активной струи и окружающей среды; 1) спутные — струи и окружающая среда днижутся в одном направлении с разными скоростями ло и нп 1см. рис. 17.1).„ 2) затопленные — струи вытекают в неподвижную окружающую среду л =О; 3) встречные — струи н окружающая среда движутся и противоположных направлениях; 4) струн а сносяшем потоке — напранления потоков пересекаются; 5) закрученные струи. Ш. По форме сопла: 1) плоско-параллельные; 2) осеснмметричные и другие. 327 !У.
По соотношению и состоянию параметров газа: 1) изотермические однородные То Т„оо ои, со с,; 2) подогретые и охлажденные ТовВТи,' Ве%йн; 3) содержащие примесь соФсв; 4) двухфазные — содержащие примеси в виде мельчайших взвешенных жидких нли твердых частиц; 5) струйные течения, сопровождающиеся химическими и другими реакциями и т.
д. Этот длинный н далеко не полный список соответствует столь же широкому применению струй, часто определяющих рабочие процессы в реактивных двигателях, топках и металлургических печах, в вентиляционных устройствах, химических аппаратах, в струйных регуляторах и т.
д. Теория струй является частью более общей теории пограничного слоя. Однако практическая значимость струйных течений и многочисленные исследования, обобщенные в капитальных монографиях Г. Н. Абрамовича (21 А, С. Гиневского !10) и др. е выделили теорию турбулентных струй в самостоятельный раздел гидрогазодинамики. Задача теории струй. Дано.
1) ширина 26о плоского сопла нли радиус 1!о осесимметрнчного; 2) равномерные поля параметров потоков иа срезе сопла ес, ро, Т„ос, ио и в окружающей среде ии, ри=ро, Т, 9, с, и (см. рнс, 17.1). О и р ед ел и ть параметры струи, т. е. поля скоростей, температур, плотностей и концентраций: и=и(х, у); Т Т(х, У) Е-9(х у)' с=с(х, у). Может быть поставлена и обратная задача — определить характеристики исходных потоков для получения заданных полей параметров. Кроме того, теория должна указать пути управления струйными течениями для интенсификации илн ослабления смешения. При анализе турбулентных струй используются: а) полуэмпирическая теория турбулентности (см. пп, 6.! ...
6.6); б) основные уравнения гидрогазодинамики; в) экспериментальные данные. 17.1. ОБЩИЕ СВОЙСТВА И СТРУКТУРА ТУРБУЛЕНТНЪ!Х СТРУЙ Рассмотрим схему осесимметрнчной неизотермической струи в спутном потоке (см. рис. 17.1). Такая струя характеризуется степенью подогрева 6=То!Т1ъ отношением плотностей п=ои/ое, спутностью т ии/иа и разностью концентраций избыточного элемента со — с„.
Как уже упоминалось, на границе струи у кромок сопла имеет место таигенциальный разрыв скорости ие — и„Ыи/с!У=оо и возни* Абрамович Г. Н.. Крашенинников С. Ю., Севуидов А. Н. Турбулентные течении лрн возлеистаии объемных сил и неавтоиоксл»иосси. М., «машиностроение»,!975, с. 96. кает специфическая, свободная турбулентность *. Поперечкые пульсации переносят моли активной струи за пределы цилиндрической поверхности Йз. Зги моли сообщают часть своего количества движения внешней среде, вовлекая ее в движение вдоль оси х я одновременно сами подтормажнваются.
Вместо жидкости, вынесенной пульсациимн иэ активной струи, поперечные пульсации вносят в активную струю через позерхцость, радиус которой гсз, моли жидкости нз окружающей среды, которые подтормаживают активный поток и ускоряются сами. Механизм обмена теплом и избыточным компонентом аналогичен, Подторможеиные частицы активного потока, перемешанные с вовлеченными в движение частицами окружающей среды, образуют турбулентный пограничный слой струи (слой смешения), толщина которого у кромки сопла равна нулю н возрастает в направлении течения. Турбулентный обмен ликвидирует таигепциальный разрыв, так что в любом сечении пограничного слоя имеет место плавное непрерывное распределение осредненных скорости, температуры, плотности и концентрации.
Рассмотрим сначала поля скорости в спутной струе, а затем поля температуры и концентрации. Внешняя граница п огра пичного слоя Π— А совпадает с внешней границей струи и определяется граничным условием (17. 1) и — ив=0,01(и — и ) при у=йз„, где и — скорость на осн струи в данном сечении х. Поперечная составляющая скорости и на внешней границе направлена к оси струи (лнння тока о — и иа рис. 17.1), так как в струю вовлекается масса окружающей жидкости. Это подсасывающее действие струи используется в эжекторах. Величина о не превышает 37з от и . Поэтому, в приближенных расчетах, ее не учитывают. По мере удаления от сопла струя непрерывно расширяется за счет вовлечения жидкости окружающей среды н снижения скорости.
Внутренняя граница пограничного слоя Π— Б совпадает с границей ядра постоянной скорости Π— Б — О. В пределах ядра скорость жидкости в каждой точке рвана ио. В сечении струи х, турбулентный обмен достигает оси струк и кваэиламинарное ядро постоянной скорости исчезает и далее пограничный слой занимает все сечение струи, Участок струи, на котором расположено ядро постоянной скорости, называется начальпозм. Внешняя и внутренняя границы начального участка прямолинейны, Переходный участок отр у и имеет относительно небольшую протяженность хп/хиж1,2 „, 1,5. В области, примыкающей к оси струи переходного участка, происходит интенсивная турбули- ь В реальных течениях коля скоростей пераввоисрвы кз.за присутствия ва степках сопла погравячвого слоя. Струйкав турбулеитиость возникает из-за йаличкя ковечиого, но большого градиента скорости оилзк а расчеты необычайно усложняются.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
