Аэродинамика факела Вулис Л.А. Ярин Л.П. (1014145), страница 28
Текст из файла (страница 28)
7-9. Распределение и и', 1 о' и Е' вдоль оси струи ! — ил=о; г — вь=-о,ооо; г — аь=олое г — я=о,оа; г — аь=о,ова: о-Бе=о,!. 7 — зь=о!!э нием длины начального участка. Этим отнюдь не исчерпывается влияние ео. Оно проявляется, в частности, в повышении интенсивности пульсаций во всей области течения и прежде всего в начальном и переходном участках. Именно здесь наблюдается 160 резкое увеличение уровня турбулентности, а при достаточно больших значениях ае даже изменение характера распределения пульсаций вдоль оси †полн вырождение максимума на зависимости и' (х) (рис.
7-9). Повышение ва сопровождается ростом максимальных значений пульсационной скорости и энер. гии турбулентности, а также смещением экстремумов зависимостей и =~~(х), и =/з(х) и Е =/з(х) к устью. На значительном удалении от сопла расхождение между кривыми, — и другими, относящимися к различным значе)и' 3з о' иа иа мвз ммв з/о'а/иа 16,5 Рис. 7-10. Зависимость — =(()' !о'з/из) х —, ивза пням ио, заметно уменьшается *. Это не свидетельствует, однако, о незавйсимости в этой области турбулентных характеристик от еа.
Из графика видно, что изменение начального уровня пульсаций слабо сказывается на абсолютных значениях и', о'. Что касается относительных значений пульсационной скорости, ответственных за более быстрое затухание струи, то они монотонно возрастают по мере увеличения интенсивности начальной турбулентности. Выше было отмечено, что интенсивность затухания струи в значительной степени зависит от значения поперечной составляющей пульсационной скорости на срезе.
Об этом свидетельствуют, в частности, данные о зависимости средней скорости в фиксированных точках на оси струи от е„(рис. 7-10). Из графика видно, что экспериментальные точки, относящиеся к различным значениям режимных н конструктивных параметров, * В автомодельной области абсолютныс значения и', и о'„незначительно уменьшаются ври увеличении аа. 161 /зб заказ №!Ит "Ин'х нйх ллнт'ех па не на "о ~в ~е О,5 уи 17,5 и и О,о 5 17,5 5 17,5 о и 17,5 О,и и и и ииоо о ии умм Рис.
7-11. Распределение пульсапионных величин в струе 10 5 Щ 0,5 5 Я,5 10 0,5 а,б 1г,б 0,5 00 25 с естественной интенсивностью начальной турбулентности 163 фйг ~~~г~~г ~ иг иа — и — 10 — 100 и йто'. Е' иа иг иг' г г 0" 05 мха 0 0 о,гп гп д,гп О,гп п,гп 0 о п о 00 па о Я7 у,мм Рнс, 7-12. Распределение пульсационных величин в струе с искусственно 164 Яг ЯтЯ7, тсв гав' и ' ' и гор йу — —,-40 —, 10~ гье те в гггв группируются вблизи единой кривой, Последнее подтверждает высказанные ранее соображения об определяющей роли поперечной составляющей пульсационной скорости. В связи с этим уместно отметить, что механические пульсаторы, воздействующие главным образом на продольную составляющую пульсационной скорости (236<по'<32,5а(е прн ою'=сопя(), не приводят к заметному повышению интенсивности турбулентного смешения (99).
Данные о распределении пульсацнонных величин в свободной струе с естественной и искусственно повышенной интенсивностью начальной турбулентности приведены на рис. 7-11, 7-12 (левая половина графиков — компоненты пульсационной скорости, правая — средняя скорость, напряжение трения и энергия турбулентности). В струе с относительно низкой (естественной) интенсивностью начальной турбулентности значения е„, е„ е„, и Е вначале возрастают, а затем (начиная примерно с 8 †калибров) уменьшаются. В пределах начального и переходного участков наибольшим значениям и', и', ш' и и'о' отвечает зона максимальных градиентов средней скорости, расположенная на продолжении кромки сопла.
По обе стороны от нее компоненты пульсацпонной скорости и напряжения турбулентного трения заметно уменьшаются. В окрестности сопла профили и', о', ш' и энергии турбулентности имеют харктерный провал вблизи оси, вырождающийся по мере удаления от устья. Начиная примерно с 10 — 12 калибров распределение пульсационной скорости приобретает такой же вид, как распределение <и> .
Наложение низкочаятотных пульсаций не изменяет характера распределения средней и пульсационной скоростей, а ведет лишь к более быстрому нарастанию интенсивности турбулентности и раннему вырождению провала на профилях и'. Этим, однако, не исчерпывается различие структуры струй с естественным и искусственно повышенным уровнем начальной турбулентности. Наложение низкочастотных колебаний приводит к своеобразной перестройке спектра пульсационной энергии, изменению микро- и макромасштаба турбулентности. Влияние вынужденных пульсаций отчетливо проявляется в области относительно малых значений х, отвечающих начальному и переходному участкам. На значительном удалении от сопла распределение средних и пульсационных величин (включая спектр пульсационной энергии) приобретает типичный для свободных турбулентных струй впд.
В этой области течения наблюдается подобие профилей средней и пульсациониой скорости, а также напряжения турбулентного трения (рис. 7-13). В обоих случаях (движение с естественным и повышенным уровнем турбулентности) автомодельность средних величин наступаетзначительно раньше, чем пульсационных.
Так, например, при 55=0 ~зз д уб'/мр уо'а/и ам и цспс/цр с' /.Б а у а,г р,~ и йд о,г у Ю+8 х+я Рис. 7МЗ. Распределение Р и' т' о', Е' н и'о' в струе с естественным и искусственно повышенным уровнем начальной турбулентности е — пояюсяое расстояние опытные точки. относящиеся к различным сечениям, группиру- и /л' ются вблизи единых универсальных кривых — =/, ~ — ) прн ия ~у, х — - 6, а — = 7а~ — 1 при — )12. Что касается подобия профи- '~ и, лей напряжения турбулентного трения, то оно наступает практически одновременно с наступлением подобия распределения средней скорости. !67 При наложении низкочастотных пульсаций область автомодельного движения значительно расширяется. Передняя граница этой области смещается к устью тем сильнее,чембольшезначенне числа Струхаля. Об этом, в частности, свидетельствуют также данные о зависимости интегралов ! Е'ус(у и 1 и (Е')о' ус(у о, о от продольной координаты х.
В автомодельпой (по пульсационным величинам) области течения интегралы такого вида сохраняют постоянное значение и могут быть использованы для определения ее границ. Исследования показывают, что в струе Рис. 704 Осцнлчограммы пульсаций в различных точках струи с естественным уровнем турбулентности поле средних величин автомодельно начиная примерно с 1Π— 12,аполепульсационных с 20 — 22 калибров. При Ы=О,! протяженность участка неавтомодельного движения сокращается примерно вдвое (с 1Π— 12 до 5 — 6 и с 20 — 22 до 10 — 11 калибров соответственно для поля средних н пульсационных характеристик).
Заметим, что наложение низкочастотных пульсаций ведет также к значительно более раннему установлению подобий профилей напряжения турбулентного трения, чем в струях с естественным уровнем начальной турбулентности. Специфику развития струйного движения при наличии низкочастотных пульсаций, генерируемых механическим турбулизатором, наглядно иллюстрируют осциллог[заагмьг пульсаций в различных точках струйного пограничного слоя (рис. 7-14).
Они показывают, что в таких струях можно условно выделить три области, существенно отличающиеся по характеру пульсацпониого движения. В первой нз них, расположенной в окрестности 168 сопла, наблюдается квазирегулярное колебательное движение, для которого характерно практически периодическое изменение скорости, Наряду с основными низкочастотными колебаниями, налагаемыми вращением диска механического турбулизатора, на осциллограммах пульсаций просматриваются сравнительно высокочастотные пульсации малой амплитуды, отражающие естественный уровень начальной турбулентности. Во второй, промежуточной области, расположенной на большем удалении от среза сопла, низкочастотные колебания большой амплитуды вырождаются.
Именно здесь происходит возникновение беспорядочного движения, в котором лишь с трудом можно еще выделить основную определяю!цую часто~у или одну-две кратные Фа 1б 1 О,Е П дб 1 Рис. 7-!5. Гранины области квазирег!лярного движения при различных значениях числа Струхаля ей. Третья область, находящаяся на значительном расстоянии от сопла, является зоной типичного развитого турбулентного движения. Спектр пульсапий в этой обласчи практически непрерывен и какие-либо выраженные частоты отсутствуют. Как показывают измерения, положение и размеры областей квазирегулярного (колебательного), развитого турбулентнога и промежуточного режимов движения зависят в первую очередь от значения числа Струхаля. Наглядное представление о влиянии числа 5!т на положение границы, разделяющей первую и вторую области, дает рис.
7-15, на котором приведены данные, относящиеся к истечению из сопла диаметром 40 мм '":. Из графика видно, что с ростом числа Струхаля граничные кривые у,(х) сме!цаются к устью. При этом протяженность и ширина области квазирегулярных колебаний значительно уменьшается. При достаточно больших значениях числа Струхаля (практически при Я)!=0,!) происходит полное вырождение монохроматических колебаний непосредственно у среза сопла. ' Граничная кривая, разделяющая !! и !!! области, определяется недостаточно четко, так как переход между этими зонами происходит сравнительно плавно, 169 В этом случае с большой степенью точности можно говорить о струе с развитой турбулентностью практически во всем поле течения.
Для количественной оценки размеров характерных зон прн различных режимах истечения можно в первом приближении приписать граничным кривым соответствующие значения отнои сительной средней скорости — . Примерные численные значе- "0 ния изотах, разграничивающих области 1 и П, П и 1П на рис. 7-14, а также длины этих участков приведены в табл.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
