Процессы в камерах сгорания ГТД Лефевр А. (1014188), страница 19
Текст из файла (страница 19)
К счастью, почти все наиболее надежные экспериментальные характеристики собраны в нескольких важных статьях, которые могут служить основой для обобщений, обеспечивающих удовлетворительный подход к проектированию диффузора. Пока не существует универсального и точного метода расчета характеристик диффузора. Однако разрабатываются полезные численные процедуры, обеспечивающие, как утверждается [1], хорошую точность применительно к параболическим течениям.
ФОРМА ДИФФУЗОРА Форму диффузоров с прямолинейными образующими стенок ° можно характеризовать тремя геометрическими параметрами (рис. 3.2).Основным параметром, очевидно, является отношение Глава 3 площадей АК на выходе и входе диффузора, поскольку он непосредственно связан с главной функцией диффузора, заключающейся в получении заданного уменьшения скорости. Логически обоснован вь|бор безразмерной длины диффузора в качестве другого определяющего параметра, так как в комбинации с отношением площадей этот параметр определяет величину градиента давления и, следовательно, развитие пограничного слоя 12].
В качестве характерной длины обычно принимают длину стенки Е или осевое расстояние Ф, выраженные в виде их отношения к ширине входа в диффузор. а, Рис. 3.2. Формы диффулорон [21. о — плоский; б — конический: е — осесимметричный кольцееой с коническим центрельныы телом: с — кольценай с цилинкрическим центральным телом. Третьим параметром служит угол раскрытия диффузора 2О, который не является независимым, так как связан с двумя другими параметрами формулой Ай=1+2 — з1пО С П71 (3.1) в случае плоского диффузора и АР = 1 + 2 — з(п О+ ( — з(п О) л1 й~ (3.2) в случае конического диффузора. В работе [2) рекомендуется использовать в качестве определяющей относительной длины кольцевых диффузоров отноше- Дмффузиры ние Е/Л)тп где Š— среднее значение длины стенок, а ЛЙ~ — высота кольцевого канала на входе в диффузор.
Тогда выражение для отношения площадей определяется формулой, которая сводится к (3.2), если отношение внутреннего и наружного радиусов на входе в диффузор стремится к О, и к (3.1), если отношение радиусов стремится к 1. Следовательно, рабочие характеристики днффузоров всех трех типов можно представить, как это будет показано на рис. 3.13, в одинаковых координатах.
Выражение для отношения площадей в случае кольцевых диффузоров включает два дополнительных параметра: отношение радиусов кольцевого канала на входе и угол наклона стенки (3]: Л 31и Ву + (тсптср) е!п вр 2 + (1. /ЛГс,) (1 — Р.;(Р. ) (е1и В, — е1и О ) 1+ П~яе (3.3) где )т; — внутренний радиус кольцевого входа, )се — наружный радиус, Л)с1= тте — )т1 — высота кольцевого зазора, О; — угол наклона стенки внутреннего тела, Ое — угол наклона стенки на- ружного тела диффузора.
РЕЖИМЫ ТЕЧЕНИЯ Первое систематическое исследование структуры течения в диффузорах было выполнено в работе ]4]. В плоских диффузорах наблюдались различные режимы течения, сменяющие друг Рис. 3.3. Режимы течения (4). друга при постепенном увеличении угла раскрытия диффузора и при сохранении постоянными условий потока на входе, длины стенки и высоты самого узкого сечения (горла диффузора). Эти режимы характеризуются в работе [4] следующим образом: Глава 3 !. Заметные застойные области отсутствуют, течение развивается плавно и безотрывно.
П. Существует значительная нестабильная застойная область, в которой положение, размер и интенсивность отрывного течения изменяются по времени. Это в режим течения с большими пульсациями параметров. П1. Появляется полностью развитая застойная область, занимающая значительную часть диффузора, с циркуляционным 1ао оо Р,бо ~ 40 ц 2О ы 7а В 8 й б пй 7а 8 б 4 г 7 0,8 2 4 6 8 10 20 406080 Н/Кг оло Н/бя оло и/РУ 2 4 6810 20 4060 л/и, Рис. 3.5.
Линии возникновения отрыва потока. 1 †кольцев дкффузор с одннаковымн углами наклона стенок; у — плоскнй РифФузоР1 3 — кольцЕвой днффувор с цнлнндрнческкм центральным телом; Š— коннческнй дкффузор. Рис. 3.4. Границы областей режимов течения в плоских лиффузорах 141. — — — возннкновенве отрыва н появление застойной области; — -образоаанве значительной застойной облвстн. 1 — безотрывное течение; 11 †значительн нестацнонаркая застойная область; ЬП вЂ развит двумерная стацнонарная областьг 1у †зо гнстерезнса; У вЂ облас струйного течения. течением в зоне треугольной формы от выхода до сечения, близкого к горлу днффузора.
Основной поток, направленный вдоль одной из стенок диффузора, является стационарным и сравнительно плавным. 1Ч. Образуется струйное течение с отрывами от противоположных стенок диффузора. Отрывы начинаются чуть дальше горла и не присоединяются к стенкам внутри диффузора. Этот режим течения возникает лишь при больших углах раскрытия диффузора. Указанные выше четыре режима схематично представлены на рис. 3.3. Области их существования изображены на рис.
3.4 в координатах угол раскрытия — характеристическая длина. Следует отметить, что приведенные на рис. 3.4 данные справедлиуы лишь в идеализированных условиях течения при равномерном профиле скорости с тонким пограничным слоем на входе в диффузор. Диффтзорм Свойства застойных областей в кольцевых диффузорах исследовались в работе [3] методом шелковинок. На рис. 3.5 сравниваются условия возникновения отрыва потока, полученные в этих диффузорах, с аналогичными условиями для конических [5] и плоских диффузоров [6].
Наилучшие рабочие характеристики конических диффузоров объясняются тем, что отрыв течения в них затягивается, поскольку отсутствуют угловые точки на стенках [5]. Из рис. 3.5 также видно, что застойные области в кольцевых диффузорах могут существовать при ь(енее жестких геометрических характеристиках, чем в конических диффузорах.
КРИТЕРИИ ЭФФЕКТИВНОСТИ Назначение диффузора состоит в уменьшении скорости и преобразовании части кинетической энергии (скоростного напора) потока в прирост статического давления, как это схематически показано на рис. 3.6. Для оценки эффективности этого. 1 о и' и,' ,— ~ сн брз аФФ 1 й Оа и -си (г) Рнс. 3 б. Преобразование энергии в диффузоре. преобразования необходимо дать определение величины располагаемого динамического давления. Обычно оно определяется по величине средней скорости й, которая находится непосредственно из уравнения неразрывности и = т/рА.
(3 ой) Тогда динамическое давление в потоке несжимаемой жидкости равно д = риз/2, (3.5) а в случае сжимаемой жидкости д=Р— р. (3.6) Потери давления в диффузоре определяются выражением ЬРа фа= Р| Р (3.7) 2ОО Глава 3 где величина 72Ргвфф включает в себя как потери внутренней энергии, так и влияние различия скоростей во входном и выходном сечениях диффузора. Величины Р, и Р, равны в2 1 й' 2 Р1=Р1+р1 2 и Р2=Р2+Рг д Подстановка этих значений в формулу (3.7) для несжимаемой жидкости дает р, Р,= ~ (йг — йт) — 72Р (3.8) Поскольку из уравнения неразрывности следует, что пт =рА1й1 = = рАгйг, то А1 ~7~ йт — — й,— =— Аг Ан (3.9) При подстановке этого выражения в формулу (3.9) получается или / 1 Рг Р1 = Ч1 ( 1 2 ив ) бргифф.
(3.10) Это соотношение может быть использовано для вывода несколь- ких важных параметров, характеризующих эффективность рас- ширения потока. Коэффициент восстановления давления Коэффициент восстановления давления СР выражается формулой Рг Р1 С = Д1 (3.11) Общим коэффициент полезного действия или Ч = (Рг — Р М (1 — 1/А К ). (3.12) Таким образом, величина Ч связана с величиной С, формулой ц =С,!(1 — 1!Лй').
(3.13) Эта величина, обозначаемая через Ч, равна отношению действительного увеличения статического давления к максимально достижимому теоретическому (идеальному) значению, т. е. Ч=СР„,„!С,„. !о! Днффузоры Ради упрощения расчетов величина Ч вычисляется при не- реалистичном предположении о равномерных распределениях скорости на входе и выходе диффузора [7) и поэтому не имеет большого физического смысла и не является мерой эффективности работы диффузора. Коэффициент потерь давления Эта величина определяется формулой Л =1 — (р, — р,)Й,(1 — 1(А~'). (3.14) Если в (3.14) подставить выражение для ра — р~ из формулы -.(3.10), то можно получить Л =АР,„~г[,(1 — !/АР) (3.15) или ЬР,И44 — — д1Л (1 — ! /Атхт). Коэффициент потерь Л является удобной на практике характеристикой эффективности диффузора, так как позволяет выразить потери полного давления в безразмерном виде как функцию легко определяемых величин.
Более того, он просто связан с коэффициентом восстановления давления и величиной коэффициента полезного действия: Л = ! — т! = 1 — Ср!(1 — 1/Айт). (3.17) Для диффузоров с плавными стенками типичное значение Л равно 0,30, а для диффузоров с внезапным расширением и трубчато-кольцевых Л = 0,45. РАБОЧИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДИФФУЗОРОВ В настоящее время не существует удовлетворительного метода расчета рабочих характеристик диффузора с произвольными формой канала и свойствами потока на входе.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
