4 (1014111), страница 6
Текст из файла (страница 6)
На рис. 6-19,а представлены схемы спектров струи на выходе из плоского сопла при пониженном противодавлении. В угловых точках А и А, давление меняется от значения гч до и Линии тока в точках А и А, отклоняются на некоторый угол 6 в связи с возникновением в этих точках волн разрежения, вызывающих изоэнтропическое расширение газа от р, до р,. Вдоль характеристик АС, А,С и АВ, А,В, в соответствии со свойствами прямолинейных харак- Рис. 8-19. Схемы спектров струн за плоским соплом при различных режимах теристик давление не меняется.
Следовательно, в областях 2 устанавливаются постоянная скорость и давление и,, равное давлению окружающей среды. Волны разрежения АР,Е,А и А,РЕА, выходят на свободную границу струи, вдоль (6-35) которой давление остается неизменным и равным р . в' В зоне СВС,В, пересечения этих волн, как уже известно, происходит искривление характеристик. В результате угол звуковой волны В0 становится меньц!е угла волны А,С и а ( а ; соответственно а ( а ; а ( а лв О~ пыс' 'с и авп 'вс,н, в о, От свободной границы волна разрежения отражается, как волна сжатия, при прохождении через которую линии тока деформируются, отклоняясь на угол в к оси струи.
В точках 1. и1,, волнысжатия выходят на свободную границу. За пересекающимися волнами разрежения (в области 3) устанавливается давление, меньшее давления окружающей средь! (струя перерасширена). В области 4 после пересечения волн сжатия давление повышается до давления р, в выходном сечении сопла АА,. К сечению 11., струя суживается и ширина ее равна ширине выходного сечения АА,. В областях 1, 3 и 4 линии тока прямолинейны и параллельны оси сопла. В областях 2 линии тока также прямолинейны и параллельны, но расположены под углом 6 к оси сопла. Для рассматриваемой первой группы режимов при принятых допущениях потерь энергии в струе нет, По мере повышения давления среды р„характеристики АВ, В0, А,В„В,0„С,Е и С,Е, меняют свое положение в струе.
Так как разность давлений в областях 1 и 2 при этом уменьшается, то углы указанных характеристик увеличиваются, интенсивность волн разрежения АО,Е,А и А,ОЕА, уменьшается. Углы отклонения линий тока в области 2 также уменьшаются. В пределе, при расчетном режиме (р, =р,), характеристики АЕ, и А,Е сливаются с волнами А0, н А,0.
Струя приобретает формулу, приведенную на рис. 6-19,б. Вторая группа режимов характеризует истечение из сопла Лаваля при повышенном противодавлении среды или при пониженном начальном давлении (в ' >в,). Зная расчетную скорость в выходном сечении сопла й„легко определить то значение давление среды, при котором в выходном сечении образуется прямой скачок уплотнения (рнс.
6-!8 и формула (4-20)); ь — ! ! 1+1 л',— — —, Рм =Р в †! — — л' ь+! еле Рассматриььел!ая вторая группа режимоь характериз ет р у сй В дующим соотношением давлений среды: р -,( этом случае в сечении АА, (рис. 6-19,в) также устанав- ливается расчетное давление р . Если дав ли давление среды р, сравнительно немного превышает давление р„то в точ- ках АА, образуются два косых скачка: АС и А,С, пересе- кающихся в точке С. Косые скачки выходят на свободную границу струи (после пересечения в точке С углы косых скачков увеличиваются). При прохождении через скачки АС и А,С линии тока отклоняются на угол в, который легко подсчитать.
В областях 2 давление равно давлению окружающей среды, линии тока параллельны друг другу и свободной границе струи АВ и А,В,. Из условия симметрии за скачками СВ и СВ! ско- рость должна стать параллельной оси потока, т. е. ли- нии тока должны повернуться в обратном направлении на угол б, В этой области устанавливается давление, среды, ледова- повышенное по сравнению с давлением сре ы. С тельно, в точках В и В, со стороны струи давление более высокое и нз этих точек распространяются волны разрежения.
При переходе через волны разрежения давление падает до давления окружающей среды и ли- нии тока отклоняются от оси — струя расширяется. После пересечения волн разрежения давление равно р,. В точках выхода волн разрежения на свободн ую гра- г ила у руя имеет ширину, равную АА!, Рассматрива иваемдя ру~ режимов характеризуется потерями энергии в струе, обусловленными возрастанием энтропии в си- стеме косых скачков уплотнения, Поле давлений по оси н в поперечных сечениях приобретает значительную неравномерность.
Описанная схема истечения возможна лишь большо. и в ь при нем превышении давления р, над р!, когда угол б невелик. Прн некотором давлении среды р!в'-=р ~ Р спект ст р струи на выходе из сопла меняется. Сушествоваа и ние системы двух косых скачков уплотнения со сверх- звуковой скоростью за точкой их пересечения становит- ся невозможны ожным. При р,=- рш угол косых скачков, отходящих от кромок А и А!, достигает значен ия,,при р м в некоторой области за скачком скорости будут дозвуковыми и спектр истечения резко изменится (рис.
6-19,г м д), 35! Для плоского сопла угол отклонения линии тока 6, (или угол скачка р,), при котором изменится картина истечения, легко определяется с помощью диаграммы ударных поляр. Ударная поляра АК1 (рис. 6-20) соответствует расчетной скорости Х~ потока в выходном сечении сопла Рнс. 6-20. Определевне режима течения аа скачкамн, образующимися прв нерасчетных условиях в сопле Лаваля, с помощью диаграммы ударных поляр. (отрезок 01) и, следовательно, во всей области 1 (рис. 6-19,в). При некотором давлении среды р,=р'м скорость за скачком измеряется отрезком 02 (скорость в области 2 на рис.
6-19,в); предельная скорость за косыми скачками СВ и СВ, в области 3, где линии тока параллельны оси струи, определяется отрезком 03 (рис. 6-20), Величина давления р'ы может быть определена по формуле (4-13): хя а+1 В этом случае в струе за скачками СВ и СВ, (риг. 6-19,в) скорости будут дозвуковыми, Если р,>р'1ь, то при пересечении скачков СВ и СВ1 поток уже не сможет повернуться на угол 61>б ~ (пунктирная линия на рис.
6-20), на который он повернулся при переходе через АС и А1С. Схема истечения при этом качественно изменится, На выходе из сопла образуется мостообразный скачок. От угловых точек А и А, (рис. 6-19,г) распространяются косые скачки АС и А1Р, переходящчге в прямой 352 (пли — при неравномерном распределении скоростей— криволинейный) скачок, за которым скорости будут дозвуковыми.
За косыми скачками СВ и РВ, скорости остаются сверхзвуковыми, а давление оказывается более высоким, чем давление среды р,. За прямым скачком СР давление значительно более высокое, чем за скачками СВ и РВь Следовательно, в струе создается сложное распределение давлений по сечению: выравнивание давлений приводит к резкому уменьшению р в ядре струи, т, е. к ускорению ядра, что сопровождается уменьшением его сечения. Линии раздела СЕ и РЕ образуют суживающийся участок ядра, вдоль которого скорости растут и в сечении ЕЕ достигают звуковых значений. Кроме того, внутренний поток дозвуковых скоростей непосредственно за скачком СР ускоряется внешнем сверхзвуковым потоком. Косые скачки СВ и РВ, отражаются от свободной границы в форме волн разрежения, которые также ускоряют ядро струи.
В результате скорость внутреннего потока становится сверхзвуковой Интенсивность изменения давления в прямом скачке СР и за ним по данным А. А. Гухмана и А. Ф. Гандельсмана для двух режимов иллюстрируется кривыми на рис. 6-21. Опыты подтверждают, что на весьма коротком участке за скачком поток достигает расчетного давления р, и соответственно сверхзвуковой скорости. Итак, при давлении внешней среды р,>р'ы система пересекающихся косых скачков разрушается и переходит в мостообразный скачок Это явление анало|ично рассмотренным в гл 4 случаям неправильного отражения косого скачка от твердой стенки и пересечения скачков.
При дальнейшем повышении давления среды внутренняя дозвуковая область течения расширяется, а внешняя сверхзвуковая — суживается. Существует такое давление среды р"ы, при котором криволинейный скачок распространяется почти на все сечение; в этом случае за скачком АА1 скорости становятся дозвуковыми (рис. 6-!9,0), за исключением узкой периферийной области. Этот криволинейный скачок располагается вблизи выходного сечения сопла. Давление р"ы будет соответствовать такому режиму, при котором угол поворота б на скачках АС и А1Р (рис.
6-19,г) становится равным максимальному углу бы 353 (штрихпунктирная линия на рис. 6-20). Определив с помощью ударной поляры утол б„„соответствующий углу аоворота б„п можно, пользуясь формулой (4-13) или (6-36) для косого скачка, подсчитать давление р"сл: Хс 51п» З вЂ” (6-37) — — Лз а-)-1 ! 2а 2 1 мм рт ст Рис. 6-21. Изменение давления вдоль оси сопла и в струе за соплом на режимах с мостообразным скачком в выходном сечении; М, = 1,5. Опыты МО ЦКТИ. При давлениях среды р,>р"а скачок выпрямляется и при р,=рсл (формула (6-35)1 скачок должен стать прямым, располагаясь в выходном сечении сопла.
Фактически вследствие неравномерного распределения скоростей в конических соплах и влияния пограничного слои (вязкостн) скачок входит.внутрь сопла несколько искривленным (рис. 6-19,е), 354 Если давление за соплом Р >Р и то в выходном сечении сопла давление будет меняться. Дальнейшее повыш ение давления среды (р,>рп,) вызывает перемещение системы скачков внутрь сопла, как показ Из формулы (6-36) для отношения давлений на границах скачка следует, что данной скорости Х, сверхзвукового потока перед скачком соответствует вполне определенное повышение давления в скачке.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
