Аэродинамика факела Вулис Л.А. Ярин Л.П. (1014145), страница 27
Текст из файла (страница 27)
Значительный интерес представляет расширение области эксперимента и исследование влияния турбулизатора на распространение струй сжимаемого газа. Подробные данные такого рода, в особенности по пульсационной структуре, в настоящее время, видимо, отсутствуют. Судя по результатам эксперимента и измерений средних величин (58, 591, наложение низкочастотных пульсаций значительно интенсифицирует также турбулентный обмен в струе переменной плотности. Исходя из общих физических соображений, можно ожидать, что влияние турбулизатора будет несколько сильнее при истечении более плотного газа в атмосферу более легкого. Это обстоятельство (по существу естественный вывод из закона инерции) делает метод наложения низкочастотных колебаний перспективным для интенсификации турбулентного обмена в газовом факеле, где температура газа в окружающей среде — фронте пламени — выше, а плотность ниже, чем соответственно температура и плотность газа в струе, В противоположность этому прн истечении менее плотного (например, подогретого) газа в атмосферу более плотного газа турбулизирующик эффект от наложения колебаний должен быть меньше.
Струя газа малой плотности и без того затухает весьма быстро, поэтому эффективность турбулизатора может быть не столь большой. Все это подтверждается опытом. На рис. 7-7,а представлены экспериментальные данные, характеризующие падение величины (ри'),„на оси струи горячего газа, истекающей в атмосферу воздуха, находящегося при комнатной температуре. Параметром для различных кривых служит величина ет = =- — — отношение значений плотности Р Та р, т газа в среде к плотности его в струе (индексы 0 и со, как и " Известное влияние ва пульсациоиное движение ножет оказать свободная конвекция даже в слабо подогретых струях.
156 в других случаях, относятся соответственно к срезу сопла и к окружающей среде вдали от струи), При отсутствии турбулизатора такие кривые заметно отличаются друг от друга — с повышением параметра подогрева (в диапазоне 1(со -4) падение кривой ри е=((х) становится более крутым (58]. Наложение низкочастотных пульсаций, генерируемых турбулизатором, сближает между собой кривые, относящиеся к различным значениям параметра со. Уже при 5)1~0,05 распределение плотности потока импульса на оси струи практически перестает зависеть от степени подогрева.
В дальнейшем оно определяется только значением числа Струхаля (практически так же, как для изотермической струи, т. е. при аз=1). а) б) ,иг )гиг ,о и' и б 1б 1б луб б б га бб л д Рис 7-7 Распределение плотности потока импульса вдоль оси струи исремевиоп пгготиости: а — телиевая струя (ет=7), П— струя фреоиа (ег=027) Аналогичное влияние оказывают наложенные колебания на кривые изменения плотности потока избыточного теплосодержания ригрЛТ по оси струи, При достаточно большом значении числа Струхаля кривые рисрЛТ,„=('(х) не зависят от параметра со. Отсюда, между прочим, вытекает целесообразность использования в качестве опорных расчетных характеристик для струй с повышенным уровнем турбулентности величин риа и рисрЛТ вЂ” плотности потоков импульса и избыточного теплосодсрлсания, распределение которых универсально (не зависит от со).
Что же касается распределения скорости (и температуры), то оно в таких струях зависит и от 5)1, и от от. Оба эти фактора влияют качественно единообразно — с повышением числа Струхаля или степени подогрева возрастает темп падения скорости и избыточной температуры по оси струи, т. е. интенспфицируется смешение. На рис. 7-7,б приведены экспериментальные данные, характеризующие распространение струи плотного газа — фреона— в атмосфере воздуха (при одинаковых значениях температуры во всем поле течения).
Для сравнения на тот же график нанесены данные об истечении воздушной струи при тех же значениях числа Струхаля. При отсутствии турбулизатора струя плотного газа обладает значительно большей дальнобойностью. Наложение низкочастотных колебаний, генерируемых турбули- 157 затором, и в этом случае (при оз(!) интенсифицирует смешение и сближает кривую (ри')„, для фреона с аналогичной кривой для воздуха. Таким образом, относительная эффективность турбулизатора тем выше, чем меньше значение н, т. е. чем больше отношение плотности газа в струе к плотности его в окружающей среде. Вместе с тем во всех случаях (в широком диапазоне значений оз) наложение низкочастотных колебаний, генерируемых механическим турбулизатором выбранного типа, может служить эффективным средством направленного регулирования интегральных характеристик и свойств свободных турбулентных струй.
В связи с этим целесообразно сопоставить опытные данные о влиянии различных воздействий на распространение затопленных турбулентных струй. Так как такое сравнение основано на сопоставлении интенсивностей турбулентных пульсаций в струях при действии различных турбулизаторов, перенесем его в й 7-4, посвященный пульсацнонной структуре. В целом приведенные данные достаточно полно характеризуют влияние механического турбулизатора выбранного типа на распределение средних ве,дичин в затопленных турбулентных струях.
Однако, хотя данные о среднем течении и указывают, что при достаточно большем значении числа 5)з поведение струй с наложенными низкочастотными пульсациями качественно совпадает с поведением обычных турбулентных струй, механизм действия турбулизатора остается неясным. Более того, с учетом высказанных выше соображений о колебательном характере течения (при малых 5)т н малых размерах сопла) нельзя без анализа детальных измерений пульсаций ответить на принципиальный вопрос о природе течения в струях при действии турбулизатора. Иначе говоря, следует выяснить, являетСя ли течение в струе, подвергнутой наложению высокочастотных колебаний, турбулентным (в общепринятом сьзысле), присущи ли ему беспорядочные пульсации или же движение это представляет собой сложный колебательный процесс сведущей частотой, равной нли кратной заданной частоте вращения диска турбулизатора ":.
Ответ на поставленные вопросы должен опираться на результаты прямого эксперимента и содержать указание на опьпныс границы существования того либо иного режима движения. Тин СТРУКТУРА СТРУИ ПРИ ПОВЫШЕННОМ УРОВНЕ ТУРБУЛЕНТНОСТИ В результате наложения низкочастотных колебаний, генерируемых механическим турбулнзатором, резко возрастает, как было показано выше, интенсивность турбулентного переноса.
' Такое колебательное движение, осложненное колебаниями давления, типа стоячей волны, устанавливается, например, в трубе при взекапни в нее воздуха из турбулизатора. гев Зависимости, приведенные в 5 7-3, весьма схожи с дапнымн, полученными с помощью турбулизнрующих сеток. Это сходство распространяется не только на профили средних величин и геолсетрию струи, но до известной степени и на пульсациопные характеристики. Под действием турбулизатора н тем сильнее, чем больше значение числа Струхаля, повышается уровень турбулентности в струе в целом и прежде всего в начальном сечении ее, на срезе сопла. Если прн отсутствии турбулизатора или при остановленном диске после сопла с достаточным поджатием 7г х/~ ип /Х~ Рис.
7-8. Зависииость — =~~ — ~ ие д l — в~55%; Š— е=5%; 3 — 55==0055; Š— 55=0055; =О.З%; 5 — е=05%; 7 — с=ЗОЛ%; Е-е=ЗЗЬ значения интенсивности пульсаций продольной е„= 1и по- ~/'=„- ~ перечной е. =- —" ! компонент скорости равны О,б — 2%, то и, при действии турбулизатора значения е„и е, на срезе сопла достигают 20 — 30070 и более.
Конкретные значения интенсивности пульсаций компонент скорости зависят от числа Струхаля, а соотношение между ними от конструкции турбулнзатора. При этом (что весьма важно для оценки эффективности турбулнзатора как интенсифицирующего устройства) определяющее значение имеют поперечные пульсации скорости е, С качественной стороны роль пульсаций была пояснена в З 7-1, здесь же приведем количественные данные, характеризующие связь пульсаций скорости с одной из внешних характеристик — с темпом затухания скорости на оси струи.
На рис. 7-8 совмещен ряд таких кривых, о~носящихся к условиям истечения и воздействиям, указанным в подписи. Из представленных на графике 159 данных видно, что повышение начального уровня интенсивности продольной компоненты е о во всех случаях сопровождается увеличением темпа затухания скорости вдоль осн и сокраще- И'г. пк — у Е гьг~ г' Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
