Аэродинамика факела Вулис Л.А. Ярин Л.П. (1014145), страница 25
Текст из файла (страница 25)
Практически удобнымн являются турбулизаторы, допускающие непре- 148 рывиую (или достаточно цлавную) регулировку в ходе эксперимента. К ннм относятся, например, механические с переменным числом оборота диска турбулнзатора и акустические с регулируемой частотой (н амплитудой) излучения. Хотя влияния, оказываемые различяыми по своей природе воздействиями на течение в струе, в каждом конкретном случае зависят от своих определяющих параметров, внешние проявления их нчеют много общего. Заметим прежде всего, что наиболее подвержены воздействиям струйные течения в переходной области. Наложение различных воздействий может существенно приблизить или отдалять переход из ламинарной формы течения в струях в турбулентную (22, 38, 60, 101). Наряду с этим наиболее подвержен влияниям так называемый начальный (а также переходный) участок струн.
При интенсификации турбулентности длина начального участка резко сокращается и может быть сведена практически к нулю (28); прн снижении уровня пульса. ций длина начального участка, обычно равная 4 — 5 калвбрам, может быть доведена до нескольких десятков, если не сотен, калибров (60). Одновременно с этим дейстние турбулизатора может существенно приблизить к устью сопла (или отдалить от него) участок развитого автомодельного течения (341 Все это, хотя и не исчерпывает влияния турбулизаторов на развитие турбулентных струй, но в известной мере предопределяет дальнешцее рассмотрение вопроса.
Перед систематическим изложением данных, относящихся к влиянию на распространение струй выбранного типа механического турбулнзатора, создающего низкочастотные пульсации ($ 7-2 — 7-5), приведем отдечькые примеры влияния различных воздействий, нллюстрярующие сказанное выше. В работе (34) показано, что при наложении акустического поля может наблюдаться как ламинаризация, так и турбулизация струйного течения.
Аналогичным образом двоякое по характеру воздействие (интенсификацию пульсацноииого двимсения нли его подавление, частичное или полное) могут оказывать механические средства. Например, при установке турбулизи. рующих сеток наблюдается уменьшение, а при установке специальных хонейкомбов увеличение длины начального участка (60, 87). Такое же (детурбулизирующее) влияние на струи проводящей жидкости оказывает, как известна, наложенное магнитное поле.
Что кйсается влияния разлишых воздействий яа переход от ламинарного режима движения в струях к турбулентному, то, отсылая за деталями к работам [29, 38, 10!), ограничимся приведенными выше данными. В целом (это видно из приведенных примеров и особенно из последующего изложения) применение различных активных воздействий и основанных на них турбулизаторов позволяет в достаточно широком диапазоне изменять средине и пульсационные характеристики турбулентных струй. Прп этом прикладное значение управления струями (например, интенсификации тепло- и массообмена) удачно сочетается с возможносгями исследования, так как приводит к получению дополнительной информации, способствующей а какой-то мере выяснению механизма явления, 7-2. мехАническиЙ турвулизАТОР Схема простейшего механического турбулпзатора, предназначенного для направленного воздействия на аэродинамику затопленных струй и факела, показана на рпс.
7-). Турбулизатор представляет собой цилиндрическую камеру, в проточной части которой вращается диск". В зависимости от заданного режима число оборотов диска турбулизатора может изменяться. Последнее обеспечивает возможность плавного регулирования ' Ось вращения диска нормальна к оси камеры.
147 интенсивности налагаемых пульсаций и реализации промежуточных режимов, отвечающих заданным значениям параметров. Это качество меахнических турбулнзаторов весьма сущее~асино для исследования процессов, сопровождающихся резкой перестройкой поля течения при малых изменениях значений режимных параметров — - прн переходе от ламинарного дниження к турбулентному, прп срыве горения и т. д. Измерения, проведенные при широкой вариации геометрических размеров основных элементов турбулизатора и значений режимных параметров, показывают, что струк~ура потока на выходе из сопла турбулизатора определяется в основном соотношением характепных размеров ( ' ' ', †' и дру- 1З О гих — рис.
7-1), числом оборотов диска и скоростью истечения. В опытах по определению оптимальных о (в смысле наибольшего воз- ~ ,'58 действия на струю) разме— — ров турбулизатора отношение расстояния от среза сопла до оси вращения ~г ~~ !с диска к диаметру камеры изменялось от 2,14 до Рис. 7-!.
схема мехаиииеского турбули- 5,6; отношение диаметра затора сопла к диаметру камеры ( — ')- ' — '1 — от 0,22 до ! и отношение диаметра диска к диаметру О( камеры ( — а) — от 0,7 до 0,98, При этом максимальная стет па ~ уз пень перекрытия сечения камеры диском турбулизатора ( ) и 1о а ) изменялась от 0,18 до 0,96, а степень поджатия потока в) ! р зо в сопле ( — ) от 1 до 20,7. Для турбулизаторов с диаметром "с проточной части от 30 до 150 мм оптимальными в указанном выше смысле являются следующие соотношения характерных размеров: — =3,25, ~ — ) = 10,5; — '=2,7;( — )=0,88.
При этом уровень начальной турбулентности может изменяться в преде- .)у =,о лах 0,5 .. ' -: 42% 1,5.( ж:-.. 20 —: 25% ио ио ио при сохранении равномерным профиля средней скорости на выходе из сопла. Следует заметить, что в большинстве известных экспериментов использовались механические турбулизаторы, снабженные !48 соплами с диаметром выходного отверстия от 1О до 60 мм. Г!ри очень малых размерах сопл (с1,=2 —:3 мм и меныпе), когдга велико влияние пограничных слоев, характер влияния турбулизатора на структуру течения может, по-видимому, изменяться, лпотонциоматру нманомотру Ч т„ от дуоки Рис. 7-2.
Схема экспериментальной устаиоаки 1 — форсунка, 2 — труба, а — сетка, Н вЂ” корпус турбулнэатора, 5 — турбулнэатор, б — соп.чо, 7 — спираль электрического нагревателя, 8 †.труба, Р— плита. УΠ— электродвигатель, ив диск, гу — подогреватель камерм сгорания, и — гнибер, и— мерная шайба На рпс. 7-2 показана схема установки для исследования влияния низкочастотных пульсаций на аэродинамику неизотермических струй 1581 Установка представляет собой прямоточную камеру сгорания, снабженную механическим турбулизатором.
Камера сгорания выполнена в виде стального цилиндра, 149 футерованного керамикой А1,0з. Она снабжена стабилизирующим устройством, обеспечивающим устойчивое горение при различных режимах работы. Механический турбулизатор выполнен в виде стального стакана, корпус которого (длиной 128 мм и внутренним диаметром 102 мм) состоит из двух половин и имеет фланцевый разъем вдоль вертикальной оси.
Внутри корпуса расположен пустотелый диск (дпаметром 97 мм н толщиной !О мм), закрепленный в продольном пазу полого валика диаметром 22 мм, Вал турбулизатора вращается в двух радиальноупорных подшипниках. Для обеспечения нормального температурного режима работы подшипников и механической прочности турбулизатора предусмотрено принудительное воздушное охлаждение диска турбулизатора и корпуса правого подшипника.
Левый подшипник снабжен водяным охлаждением. Он имеет возможность перемешаться в осевом направлении, компенсируя удлинение валика турбулизатора за счет теплового расширения. Такая конструкция позволяет налагать низкочастотные пульсации (г~150 Гц) на турбулентные неизотермические струи (Т~!300 К) и существенно изменять их аэродинамические характеристики. Простейшие однодисковые турбулизаторы могут быть применены только для регулирования параметров затопленных струй и газовых пламен.
Для направленного воздействия на более сложные типы струй и, в частности, на струи, распространяющиеся в спутном потоке, используются турбулизаторы иной конструкции, Существенно, однако, что основным элементом, воздействующим на поток газа в них, являются плоские пластины (той илп иной формы), вращающиеся вокруг некоторых осей. Примером турбулнзатора такого типа может служить турбулизатор, предназначенный для регулирования смешения коаксиальных струй. Установка для исследования аэродинамики таких струй была выполнена в виде двух коакснальных труб (диаметром 75 и 160 мм, длиной 1000 мм), по которым подавался воздух от двух независимых вентиляторов, К торцевой части внешней трубы крепились профилированные сопла различного диаметра; с(=30, 40, 50 и 50 мм, Диаметр центрального сопла был равен 20 мм. Во внутренней трубе был установлен электроподогреватель, обеспечивший перегрев воздуха в центральной струе относительно окружающей среды на 30 К.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
