Аэродинамика факела Вулис Л.А. Ярин Л.П. (1014145), страница 26
Текст из файла (страница 26)
Воздух в кольцевой струе во всех опытах имел температуру, равную температуре воздуха в окружающем пространстве. Для турбулизацин центральной струи использовался однодисковый механический турбулизатор. Изменение интенсивности турбулентности кольцевой струи осуществлялось с помощью механического турбулизатора специальной конструкции. Оп представлял собй кольцевую камеру, по периметру которой располагались пять пластин, выполненных в виде усеченных секторов. Вращение каждой из них с частотой, регулируемой в пределах 150 0<в<6000 обзыин, осуществлялось с помощью автономных электродвигателей постоянного тока. Измерения показали, что кольцевой турбулизатор обеспечивал возможность изменения интенсивности турбулентности в пределах 0,3<и<20оуа при сохранении практически равномерного начального профиля скорости.
Приведенные выше схемы механических турбулизаторов, разумеется, не исчерпывают всего многообразия возможных решений. В зависимости от конкретных условий и в первую очередь от значения режимных параметров и вида струйного движения конструктивное оформление турбулизатора может быть существенно различным. Это отнюдь пе означает изменения принципов, положенных в основу описанных выше схем, а свидетельствует лишь о необходимости гибкого приложения их к конкретным условиям. Иллюстрацией этому может служить кольцевой турбулнзатор, в котором эффективно использузотся основные элементы механических турбулизаторов простейшего типа.
т-з. 3АтОпленные стРуи б гг луб 151 В качестве первого и притом основного объекта исследования влияния на струйное течение низкочастотных колебаний, генерируемых описанным в у 7-2 механическим турбулизатором, рассмотрим осесимметричную затопленную турбулентную струю. Вначале речь будет идти о струе газа с той же плотностью газа, что па и в окружающей среде, бб а затем — с отличной. ~ а=Игл В обоих случаях ограни- л=бата чимся первоначальнорас- Г п=1ббт пределен ием средних величин — скорости, темпе- бб , ~, + р атуры и др уги х — в поле течения, перенеся об суж- б дение пульсационной структуры струи при воз- Рис. 7-З.
Распределение скорости вдоль действии турбулизатора оси струи при Различной частоте вращения в следующий параграф этой главы. Обратимся прежде всего к экспериментальным данным, представленным на рис. 7-3 в виде зависимости средней скорости на осн струн от расстояния до устья сопла при различной частоте вращения диска турбулизатора. Для сравнения среди кривых на рис. 7-3 приведены две кривые, снятые при неподвижном диске, ориентированном вдоль по потоку нпоперечнок нему 1при минимальном и максимальном гидравлическом сопротивлении турбулизатора с невращающимся диском соответственно). Рис. 7.4. Зависимость — =)[— иоо ах (и/ 152 Заметим, что все данные на рис, 7-3, как н на последующих, относятся к истечению струи с практически равномерным профилем скорости в выходном сечении сопла.
Ус,товие сохранения однородного начального профиля ограничивало в опытах максимальное допустимое число оборотов диска; превышение его вело к заметному искажению профиля. Как видно из графика, увеличение частоты вращения турбулизатора приводит к заметному, прогрессивно возрастающему увеличению интенсивности затухания скорости вдоль осн струи. Кривые на рис. 7-3 относятся к постоянной скорости истечения струи (ио=!00 м(с) из сопла заданного диаметра (с(с=40 мм). Опыт показывает, что аналогичный эффект сохраняется при вариации даае†скорости истечения и диас-1 метра сопла.
Во всех случаях увеличение частоты х— вращения при прочих равно ных условиях влечет за в ~2 хФ собой более быстрое падение скорости на оси струи. Примечательно, что им различные кривые во 'х' =- ) ( — ), относящиеся к разным значениям скорости истечения ио и числа оборотов и, располагаются на графике зависимости относительной ско- ит х рости от длины — последовательно — темп затухания ско"о вв' рости растет при увеличении числа Струхаля 5п = ио На рис.
7-4 представлены данные, относящиеся к разным значениям п и иь но к одинаковому их отношению (и, следовательно, к одному и тому же значению числа Яп при том же диаметре сопла). Как видно, затухание скорости однозначно определяется значением критерия Як рассчитанным по «внешним» характеристикам — скорости истечения, диаметру сопла и скорости вращения диска (рис. 7-5).
Этот важный результат свидетельствует, в частности, об автомодельности поля средней скорости прн различных числах Струхаля. Справедливость его ограничена условиями эксперимента и далекая экстраполяция без опытнон проверки рискованна, например, выход за пределы размеров турбулизатора, указанных в $ 7-2 (особенно в сторону существенно меньших размеров). На рис. 7-5 представлены аналогичные даные для изменения средней величины избыточной температуры на оси слабо подогретой относительно окружающей среды воздушной струи. И здесь увеличение частоты вращения ускоряв~ при прочих рав- дт ных условиях падение температуры — с удалением от устья Л 7'„ сопла. И здесь опытные данные, полученные при различных значениях и и по, допускают обобщение при введении в качестве аргумента определяющего критерия — числа Струхаля.
При иы дтт этом сравнение кривых — и —, относящихся к одному числу и, ХТч' Я)1, указывает (как и при выключенном или отсутствующем турбулизаторе, т. е. при 5)1=0) на относительно более быстрое затухание температуры, чем скорости. Одинаковое по характеру и Ьт,„ атис 12 г 4 б 77 В Гс Х/15 Рнс. 7-5.
Измерение скорости н температуры вдоль осн слабопо- догретой струи при различных значенипх числа Струхалн ! — 5Ь=01 2 — 5Ь=О,ООО; 3 — 5Ь=О,ОП 4 — 5Ь=О,О5; 5, Š— 5Ь=О,ОО; 7 5Ь =0,00,  — 5Ь=0,12 влияние числа Б)т на распределение скорости и температуры в слабонеизотермической струе, а также неизменное соотношение между ними свидетельствуют об определяющей роли переноса импульса в процессе турбулентного обмена «пассивной субстанцией» вЂ” теплом или веществом. Из приведенных здесь данных и результатов измерений профилей средних значений скорости и избыточной температуры в поперечных сечениях струи (см. ниже) следует, что для струй, подверженных действию турбулизатора, эффективное значение так называемого турбзулентного числа Прандтля сохраняется таким же, как и для струй с естественным уровнем турбулентности.
Практически полученное в опытах значение Рг,=0,75 оказалось не зависящим от числа Струхаля. Более полное представление о влиянии генерируемых турбулизатором низкочастотных колебаний на среднее значение скорости в струе дают графики на рис, 7-6. В частности, на 153 рнс. 7-6,б представлены для двух значений числа 6п профили средней скорости в нескольких сечениях струн. Как и следовало ожидать, более быстрое падение скорости на оси струи (при большем значении Яп) сопровождается заметно более быстрым расширением струи. Форма профилей скорости при этом оста- п) У/сс В б Л 2 О 2 4 б В у/Х Щ у/К В б Л г О 2 л 6 В у/1 Рис.
7-Б. Распрслслсннс скорости и температуры и поле течения осссимметричной струн при различных значсииях Бип а — профили тем- пературы, б — профили скорости ется качественно той же, что и в обычных турбулентных струях, хотя вырождение поля скорости происходит заметно раньше. Сводные данные о профилях скорости н температуры, приведенные на рис. 7-6,а, б, достаточно подробно н наглядно иллюстрируют интенсифицирующее действие турбулнзатора.
Обрашает на себя прежде всего внимание то, что наложение низко- 1Б4 частотных колебаний наиболее резко сказывается на начальном участке струи. С ростом числа Ьп протяженность начального участка все более сокращается вплоть до практически полного его исчезновения при достаточно большом значении числа Струхаля. При этом значительно приближается к устью сопла начало автомодельного (по средней скорости) участка течения, о чем будет идти речь в дальнейшем (см. й 7-4). Разрушение потенциального ядра струи, в котором сохраняются первоначальные значения скорости и температуры, сопровождается резкой интенсификацией процесса перемешивания струи с окружающей средой и выравнивания поля скорости, температуры и т д. (в частности.
значительно возрастает э'ьекционная способность струи). Вместе с тем, и это следует подчеркнуть, типичная для обычных турбулентных струй линейная зависимость расхода газа в струе от расстояния наблюдается и в струях с искусственно повышенным уровнем турбулентности. Сохраняется также и типичная для затопленных турбулентных струй прямолинейность условных границ струи. Что касается количественной стороны, то в исследованном интервале значений числа Струхаля (0(ВЬ(0,!) расход газа в поперечных сечениях струи для условий эксперимента может быть опреде.пен из эмпирической формулы вида; -- = 1-Р 0,2й (Яз) —; й ==- 1+ 0,45 Яц по где Оо — расход газа в начальном сечении. Таким образом, несмотря на заметные количественные различия, характер изменения средних величин скорости и температуры в изотермнческнх и слабоподогретых (ХТ,=ЗО К) струях, подверженных действию турбулизатора, сохраняется качественно тем же, что и в обычных «естественных» турбулентных струях.
Это позволяет предположить, что качественно неизменной остается в первом приближении и пульсационная структура струйного течения при наложении низкочастотных колебаний. Такое предположение требует, конечно, прямой проверки опытом. Эксперимент, проведенный при весьма малых значениях числа Яз (порядка 1О ~), показывает что в этих условиях в струе устанавливается, вообще говоря, весьма сложйое колебательное движение. Последнее характеризуется, видимо, более высокой, чем типичное турбулентное, степенью корреляции и сохранением первоначальной вихревой структуры нестационарного потока на значительных расстояниях от сопла. В частности, и это свидетельствует об упорядоченности вынужденных колебаний в струе и о способности к своеобразному резонансу, кривая †"' =1(Яз) для заданного значения — при "о малых Яз не является монотонной.
!55 Как следует из опытов, колебательное движение в струе отх четливо наблюдается на значительных расстояниях (до †' 20 г1 и более) при истечении струи из тонких трубок (т(=5 —:6 мм). В противоположность этому при истечении струй из сопел диаметром 20 — 40 мм (и даже при с(=10 мм) по своему характеру среднее течение искусственно турбулизированных струй качественно, как уже отмечалось, ничем внешне не отлично от хороша изученного среднего течения в обычных турбулентных струях. Приведенные данные относились к пзотермическим и слабо- подогретым турбулентным воздушным струям, в которых различие плотности газа в струе и окружающей среде столь незначительно, что не оказывает влияния на движение ", а скорее служит удобным средством фиксации переноса пассивной субстанции.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
