4 (1014111), страница 15
Текст из файла (страница 15)
Гидравлический расчет сверхзвукового диффузора основан на уравнениях одномерного течения. С помощью уравнения энергии определяется энергетическии к. и. д. днффузора по формулам (7-1б) и (7-16а). Сечения диффузора рассчитываются по уравнению неразрывности, которое (для суживающейся части) можно записать в виде: рЛ,Р,=р' Л'Р„, где р и Л вЂ” плотность и скорость в минимальном сече- ' нии диффузора. Г!осле преобразования получим: Р, г!4.з/ р Р, р,Ро, Р,д Мг р!Р! 91 рог Если в узком сечении устанавливается критическая скорость М,.=1, то где ~~! — коэффициент потерь в суживающейся части диффузора.
Формула (7-22) показывает, что с увеличением потерь в суживающейся части отношение сечений Р,/Р увеличивается. Отсюда также следует, что при фиксированном значении Р,/г изменение параметров на входе приводит к изменению потерь в суживающейся части. Сравнивая 4!2 два режима течения при одинаковых начальных условиях с различными потерями, из выражения (7-22) можно получить формулу, показывающую, что минимальное сечение диффузора должно увеличиться пропорционально изменению давления торможения в сечении Р А Здесь Р, — давление торможения в критическом сечении при данном режиме; р — то же при другом режиме.
Рис. 7-21. Козффидненты полезного действия сверхзвукового диффузора в зависимости от !1х. ! — с прячыч скачком в горловине, 2 — с прямым скач. коч на входе. Для расчета входной части диффузора необходимо знать величину коэффициента потерь 1„!, а следовательно, структуру и положение скачков уплотнения на этом участке. В простейшем случае можно принять, что во входной части расположен только один прямой скачок. Величина 1~! при этом зависит от положения прямого скачка.
Если скачок возникнет в сечении Р„ потери энергии будут максимальными; если скачок расположится в узком сечении, потери значительно снизятся. Для иллюстрации на рис. 7-21 приведены соответствующие к, п. д. диффузора 24 и 2(„длн двух предельных случаев (1--с прямым скачком в горловнне и 2 — с прямым скачком во входном сечении), а также опытные значения к. и.
д, Сравнение показывает удовлетворительное совпадение расчетных и опытных величин. Выходное сечение диффузора определяется по уравнению неразрывности, Коэффициент потерь в расширяющейся части диффузора ч, в первом приближении можно принять по данным испытаний дозвуковых диффузоров. Скоростью на выходе из диффузора задаются. Полный коэффициент потерь в диффузоре можно найти по формуле (при 1 =1) '1д ~д~ + г 1 Давление торможения за диффузором определяется по уравнению Рос д — 1, РО2 Й+ 1 (7-24) Волновые потери на входе можно уменьшить, вводя ступенчатое торможение потока во входном участке (гл 4).
Торможение в системе скачков осуществляется различными способами. Один из способов заключается в том, что стенки входного участка выполняют с изломами (рис. 7-22,а). Лучший результат можно получить с помощью профилированной иглы (рис. 7-22,б), В диффузорах реактивных двигателей применяется аналогичная система ступенчатого торможения (рис, 7-22,в). Для уменьшения волновых потерь на входе используется также система отраженных скачков (рис 7-22,г и д).
Расчет сверхзвукового диффузора со ступенчатым торможением состоит из нескольких этапов. Вначале устанавливается система скачков на входе и определяются восстановление полного давления и коэффицирнт волновых, потерь в системе скачков, Затем по задан.юму расходу рассчитывается критическое сечение; ~ = д Р дР„,„Ь' 7., 414 РО.
где д„= —" — коэффициент восстановления поЛного дав. ленпя в системе скачков. Начальный участок расширяющейся части дпффузора целесообразно выполнять коническим. Выходная часть диг(- фузора рассчитывается по выбранному рациональному распределению давлений (й 7-1). По результатам расчета пограничного слоя определяются а) потери энергии в дозвуковой части диффузора й, и при выбранной площади выходного сечения г, скорость на выходе из диффузора Х, Рассмотрим некоторые особенности работы сверхзвукового диффузора при нерасчетных условиях. Режим в диффузоре может измениться в результате изменения параметров потока на входе (Х„р„р„н, следовательно, расхода газа 6) и давления на выходе р,.
г) Допустим вначале, что параметры потока на входе и расход через диффузор остаются неизменными, и проследим влияние меняющегося противо- И давления р, Предположим, что в сечении г, скорость :д равна критической, а давление среды значительно ниже расчетного (р, (< р.,). В этом случае расширяющаяся часть диффузора работает как сверхзвуковое сопло. На срезе выходной части в зависимости от р, возникают волны разрежения- или косые скачки. По мере повышения р„ система скачков перестраивается; при давле.нии р, =р „ в выходном сечении располагается мостообразный скачок; при дальнейшем увеличении р скачок пере- д мещается внутрь расширяющейся части и движется к ми. нимальному сечению.
При некотором предельном противс- давлении и, =уз скачок располагается в горловине диффузора (узкое сечение); при этом поток в расширяющейся части полностью дозвуковой. Такому режиму со скачком в горловине соответствует максимальная степень сжатия в диффузоре. Соответствующие графики распределения давлений по диффузору при р„--рз показаны иа рис. 7-23,а (кривые ОАС, ОАРЕ и др.). Эта часть диаграммы давлений полностью соответствует диаграмме давлений в сопле для второй и третьей групп режимов.
Дальнейшее повышение противодавления приводит к изменению параметровпотока (давления и плотности) в узком сечении и во входной части. Рассмотрим теперь влияние изменения параметров потока на входе в диффузор. Допустим, что давление за диффузором поддерживается постоянным (р„ с"р „). Скорость на входе х, увеличивается, При дозвуковых скоростях на входе (х, с" 1) в суживающейся части поток ускоряется и максимальная скорость достигается н узком сечении Е,, По мере увеличения л, растут расход газа и скорость в узком сечении Х, . При некотором значении х, ( 1 скорость в сечении Г, 'д равна критической (х, =1). Дальнейшее увеличение расхода при неизменном статическом давлении перед диффузором становится невозможным.
В соответствии с этим увеличение скорости Х, ) х, повлечет за собой увеличение давления во входном сечении диффузора и во всех других сечениях суживающейся части; в результате при 1, ) 1 перед диффузором возникнет скачок. С увеличением х, скачок приближается к диффузору и при некотором значении Х, располагается во входном сечении г",. Если скачок на входе прямой, то в суживающейся части поток дозвуковой и ускоряющийся к минимальному сечению. Для того чтобы прямой скачок (или система скачков) проник в суживающуюся часть диффузора, необходимо дальнейшее увеличение скорости л, (х, ) х,).
Так как при движении скачка к горловине потери энергии уменьшаются, то в минимальном сечении может вновь воз- 416 б) Рис. 7-23. Распределение давлений в сверхзвуковом диф- фузоре при различных режимах. пикнуть критическая скорость. В некоторых случаях при )з,=ра при переходе в расширяющуюся часть поток продолжает ускоряться и становится сверхзвуковым. Тогда и в расширяющейся части диффузора возникают скачки. 417 На таких реукимах потери в диффузоре резко возрастают '. Рассмотренные режимы иллюстрируются графиками распределения давлений на рис. 7-23,б.
При одновременном появлении скачков в суживающейся и расширяющейся частях диффузора кривые распределения давлений приобретают характерную петлеобразную форму. Рассмотрение условий работы сверхзвукового днффузора при нерасчетных режилзах показывает, что отношение сечений Е,„ /Е, должно изменяться при изменении параметров потока на входе или на выходе. В период пуска отношение Е„ /г" должно быть максимальным. В эксплуатации "д 1 любое нарушение режима может быть частично компенсировано соответствующим изменением отношения Е„~Е,, Проанализируем более подробно переменные режимы диффузора с меняющимся в процессе эксплуатации иинцмальным сеченнем. Если постепенно уменьшается минимальное сечение от Е.д — — Е, до того значения, прн котором скорость М, = !, то расход газа через диффузор будет .сохрзиитьси неизменным (6 = ьчЕ17,сг).
Однако если пло. щадь горловины будет и далее уменьшатьси, то расход через диффузор снизится. При этом вблизи узкого сечении возникнет скачок уплотнении, тан как обуженназ горловина представлнет собой дополйнтельное сопротивление. Благодари понышени1о энтропии в скачке давление в минимальном сечении падает, а скорость и температура сохраннютсн постоянными.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
