Дейч М.Е. - Техническая газовая динамика (1062117), страница 47

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 47)

Диаграмма на рнс. 6-26 построена в предположении, что поток в сопле и струе плоский и симметричный и течение безотрывное. Результаты опытов, приведенные на рис. 6-24,0, показывают, что отношение давлений, соответствующее положению скачка в выходном сечении сопла, с удовлетворительной точностью можно определить по формуле е1г 0,4+ агг Потери энергии в плоских соплах Лаваля при различных режимах можно оценить по рис. 6-27. Здесь пунктиром нанесены коэффициенты волновых потерь в скачках уплотнения и коэффициенты потерь на расширяющемся участке сопла Кривые показывагот, что на 366 0,0 О,» О,г 0 О,! 0,0 Огз 0,4 0,0 0,0 0,7 0,0 Рис.

Ь27 Потери энергии в плоеном сопле Лаваля прн различных режимах — — опытные правые, — — — воановые погерн (рас гег~ н потери в расюн. ряюпггасв аасгн режимах третьей группы, когда скачки располагаются вблизи минимального сечения, основное значение приобретают потери в диффузоре за скачком (потери трения и вследствие отрыва). 6-6 КОНИЧЕСКИЕ СОПЛА ЛАВАЛЯ В НЕРАСЧЕТНЫХ УСЛОВИЯХ. РЕАКТИВНАЯ СИЛА Истечение из осесимметричного сопла при расчетном и нерасчетном режимах обладает рядом особенностей ' Рассмотрим вначале результаты опытного изучения спектра потока за соплом при истечении в среду с пониженным давлением (первая группа режимов). На кромке выходного сечения ААг (рис 6-28,а) образуется коническая волна разрежения, и давление падает от рг до р,.

В ядре струи давление снижается до меньшего значения. В результате возникает поперечный градиент давления, направленный внутрь струи, Расширение потока в конической волне разрежения приводит к отклонению линии тока от осн и вызывает соответствующую деформацию внешней границы на участке АР, На участке ЙС граница струи под влиянием разности ' Частично эти вопросы — затронуты в 6 6-2 З67 Ют а) б) Рис.

6-28 Схемы спек тров струи аа коническим соплом при раалич- ных режимах. давлений (давление среды более высокое) деформир ется в противоположном направлении — струя сжимается (оис. 6-28,а). Все слабые волны, отходящие от г ац, о разуют с ней одинаковый угол (давления, и от граскорости и температуры во всех точках границы одинаковы).

При атом характеристики сходятся к осн струи. Как известно, сходящиеся характеристики образуют криволиней|ный скачок. В случае осеси~мметричной струи такой скачок имеет форму поверхности вращения с криволинейной образующей. Скачок АВВ,А, (рис. 6-28,а) может зарождаться не у выходной кромки сопла, а в ядре струи, на некотором рассто~янии от ее границы, При значительном отклонении режима от расчетного (р,~р~) скачок отходит непосредственно от кромки сопла.

На оси струи возникает прямой скачок ВВ„ ,за которым скорость потока становится дозвуковой. Следовательно, при пониженном давлении за соплом в атом случае возникает мостообразный скачок. Криволинейный скачок СВВ,С, во внешней сверхзвуковой области является продолжением скачка АВВ,Аь Струи суживается до того сечения, где скачок СВВ,С, выходит на поверхность струи, и отражается в форме волны разрежения. Далее струя вновь разбухает. От ее границы обиходит звуковые волны, пересекающиеся в ядре струи.

В результате здесь образуется конический скачок ЕЕ,ЕЕь замыкающий волну разрежения СЕЕ~С~ и выходящий на поверхность струи в точках Е н Ео По мере повышения давления среды система скачков на выходе из сопла меняется мало и при расчетном режиме за выходным сечением сохраняются два осесимметричпых криволинейных скачка (рис, 6-28,б).

При дальнейшем возрастании давления среды (вторая группа режимов) форма границы струи меняется. За первым скачком линии тока отклоняются от оси струи (рис. 6-28,в). Таким образом, для конического сопла первая группа режимов непрерывно переходит во вторую без существенных качественных изменений спектра течения внутри струи. В отличие от плоского сопла в коническом сопле при всех режимах в струе возникают скачки.

Если угол раствора сопла невелик, то в расчетном режиме отсутствуют внутренний прямой скачок и дозвуковое ядро. При повышенном противодавлении среды система скачков вновь перестраивается: два конических скачка соединяются прямым скачком, и внутренняя часть струи становится дозвуковой. Повышение противодавления приводит к расширению дозвуковой области и соответственно к сужению внешнего сверхзвукового течения (рис.

6-28,г). В втой группе режимов осесимметричная струя также имеет ряд особенностей. Криво- Зо9 линейные скачки АВ и А~В1 разветвляются в точках В и Вь образуя уже известную мостообразную систему. В области 3 устанавливается повышенное давление и в сечении СС, скачок ВСВ,С, отражается в виде волны разрежения Однако в этом случае отраженные характеристики являются криволинейными Характеристики, отходящие от свободных границ СР и С,Р1, пересекаются.

В результате, как и в случае, показанном на рис. 6-28,а, волна разрежения из точек С и С, замыкается скачком СВ (С,Р,). На участке правее второго прямого скачка, расположенного на оси, поток ускоряется и становится сверхзвуковым. Далее процесс повторяется. Дозвуковое ядро струи обнаруживается при всех режимах, отличных от расчетного Однако, иак и во всех разобранных выше случаях, протяженность дозвукового ядра невелика. Внешняя сверхзвуковая часть струи ускоряет внутреннюю часть так, что уже на небольшом расстоянии за скачком ВВ, (рис. 6-28,а и г) поток на оси достигает сверхзвуковых скоростей На осч образуется как бы сопло Лаваля„границами которого служат линии раздела ВЯ и ВДь Для всех рассмотренных режимов характерной особенностью осесимметричной струи является различная кривизна ее границы, внутренних линий тока, скачков и волн разрежения.

Действительно, как уже указывалось в гл. 4, при переходе через конический скачок линии тока непосредственно за скачком искривляются, причем их кривизна переменна вдоль скачка Если осесимметричный скачок имеет криволинейную образующую, то кривизна линий тока увеличивается. Линии тока искривляются и при переходе через коническую волну разрежения. Форма расширяющейся части сопла оказывает значительное влияние на спектр струи за соплом, Опыт показывает, что в правильно профнлированном осесимметричном сопле скачки уплотнения за выходным сечением возникают только при больших отклонениях режима ог расчетного (ра ~р,).

На расчетном режиме и при незначительных отклонениях от него ()т <р~) сопло работает без скачков уплотнения на выходе, В конических соплах скачки в струе обнаруживаются при всех режимах С увеличением угла раствора расши- йур ряющейся части интенсивность скачков и их крийизйа увеличиваются При больших углах раствора на выходе из сопла на расчетном режиме возникает мостообразный скачок (рис.

6-29) Расширяющаяся часть непрофилированных сопел 'Лаваля выполняется, как правило, конической с неболь- Рис 6-29 Спектры потока в струе аа осесимметричиыч соплом Ла вали. Расчетные характеристики сопла 1 = 1,52, а, = 0,066, Л1„= 1,6. а — ао —— 0,54а, 6-аа — — 0.04, в — во — — Ода. шим углом раствора, равным 8+12' На расчетных режимах течение газа в сопле может быть безогрывным и при значительно больших углах раствора. Величину предельного угла раствора плоского сопла, отвечающего безотрывному течению, на расчетном режиме можно легко определить по диаграмме характеристик (гл. 3) или с помощью таблиц (см.

приложение), если задано расчетное значение )„Угол сопла должен 371 08 0,8 04 Зт2 373 быть не больше угла отклонения в волне разрежеййя при ускорении потока от Х= ! до тп. / Вместе с тем увеличение угла раствора оказывает значительное влияние на структуру потока в сопле при расчетном и нерасчетных режимах. По мере увеличения угла раствора растет величина отрицательного градиента давле- Рис.

6-30. Схема расположеиия сзгачкоа а сопле Лаааля с болыпим углом раствора. ления в расширяющейся части; возрастает неравномерность потока по оси струи и в выходном сечении. Выше были приведены спектры потока в плоском сопле Лаваля с большим углом раствора. Опыт показывает, что и в конических соплах с большими углами раствора обнаруживаются аналогичные качественные изменения спектра. Схема перемещения системы скачков внутри конических сопел при различных режимах е, ) е,а приведена на рис. 6-30. Таким образом, характерны е рен имы сверхзвукового сопла с большим углом раствора нельзя определять по формулам, приведенным в предыдущем параграфе. Для такого сопла значения р,, р, и р,д ниже, чем для сопла с малым углом Т,, и следовательно, переход в третью группу режимов происходит при меньших изменениях начального илн конечного давления.

На рис. 6-31 приведены коэффициенты потерь и, для нескольких осесимметричных сопел. Отсюда можно заключить, что минимальные потери соответствуют режиму истечения, близкому к расчетному. При возрастании е, потери в сопле резко увеличиваются и достигают максимальной величины вблизи кри- тического значения а, = 0,55 —:0,65. При еще ббльших зйз.

Характеристики

Список файлов книги