Дейч М.Е. - Техническая газовая динамика (1062117), страница 53
Текст из файла (страница 53)
Вариант комбинированного патрубка с коротким осевым и радиальным диффузорами при условии правильного выбора соотношений проходных сечений дает результаты, близкие к тем, которые получены для первого варианта. Влияние сжимаемости на характеристики выхлопного патрубка можно оценить по кривым на рис. 7-18. С ро- 4()6 ст(зм М, отме)аегся возраста|ние потерь (ь, увеличиваетгя), особенно интенсивное прн М~>0,8. Характерно, что патрубки с развитым кольцевым диффузором менее чувствительны к изменению М, (кривые 1 н 2 на рис.
7-18). Патрубок без диффузора практичеоки не реагирует па изменение М, (кривая 4) и имеет 9,>!. Таким образом, проведенные опыты показали, что введение осевого и радиального диффузоров в схему выхлопного патрубка позволяет существенно улучшить ' С„ 0 его характеристики и обеспечить частичное восстанов- бо 3 ление давления за турбомашиной. Правильным выбором 0,0 формы н ~проходных сечений диффузоров и улитки, а также рациональным распо- ' $, 00 о,в (0 ложением ребер жесткости Рис. 7-18, Характеристики вымпжно Повысить эффектив- хлопного патрубка с диффузоность патрубка, ром (1, 2 и Л) и без диффузо- Опыты показывают, что ра (4), в некоторых случаях заметные преимущества имеет выхлопной патрубок с лопаточными решетками диффузорного типа, устанавливаемыми на повороте (рис. 7-13).
Практический интерес представляет вопрос о влиянии неравномерности (закрутки) потока на входе в патрубок. Соответствующие опыты показали, что отклонение от осевого входа в пределах ~ 15' не приводят к заметному изменению характеристик патрубка. 7-4. СВЕРХЗВУКОВЫЕ ДИФФУЗОРЫ Из основного уравнения одномерного течения следует, что торможение сверхзвукового потока можно осуществить в трубе переменного сечения, входная часть которой выполнена суживающейся, а выходная — расширяющейся. В,первой части скорость уменьшается и достигает критического значения в минимальном сечении. Тогда в расширяющейся части продолжается процесс сжатия дозвукового потока. Отсюда следует, что привципиально в качестве «идеального» диффузора можно использовать сверхзву- 409 Кбпое сопло С профилиРованныМи стенхаМИ, пйедполйгая течение в нем обращенным (рис. 7-19).
Ьлагодаря плавности профилированных стенок, в каждой точке которых поток совершает поворот на малый угол, по входб ной части диффузора должна возникнуть система слаых волн сжатия (хапактепягтик). Проходя эту систему, Рис. 7-!9. Схемы сверхзвуховосе (а] в околозвукового (б) двффузера с прямым скачком уплотиеввя ва входе. поток тормозится изоэнтропически. Система слабых волн сжатия при этом полностью совпадает с системой слабых волн разрежения (характеристик) в расширяющейся части сопла. В горловине поток приобретает критическую скорость Х=1.
В расширяющейся части диффузора скорости дозвуковые, уменьшающиеся в направлении потока. В действительности, однако, такой днффузор осуществить не удается, так как течение в нем оказывается неустойчивым: малые возмущения потока на входе приводят к конечным возмущениям на выходе.
Это объясняется тем, что при малом уменьшении числа М на входе в горловине не установится критическая скорость, в результате чего перед диффузором возникнет отошедшая волна. Фактически поле потока,,поступающего в диффузор из сопла Лаваля, как правило, неравномерно и насыщенно скачками. Кроме того, вследствие возникновения потерь ~во входной части и образования погранич- 4!О ного слоя характер изменения проходных сечений не будет соответствовать расчетному. В результате во входной части возникает система скачков. Процесс движения газа в диффузоре в тепловой диаграмме строится известным способом (рис.
7-20). Точка 1 соответствует состоянию потока на входе в диффузор. Линия 1 — 2 условно хб 1 изображает процесс сжатия чяз газа в системе скачков в сверхзвуковой части диффузора. Соответствующее ~приращение энтропии Лз, ха- я рактеризует в основном вол- "гзз новые потери во входной Ъ части диффузора. За скач- в / сЯ* каин устанавливается дав- 1 фб/ ление рзз Если рз./рсз(е, 1 ' / й то после скачков поток еще 0 сверхзвуковой и в суживаю- / щейся части диффузора // / продолжается сжатие газа.
// р Если /зз,///аз) е», то поток // // за скачками дозвуковой. Это й означает, что в суживающейся части до миннчаль- 1 ного сечения поток будет ускоряться и давление его будет падать. Если в мини- рас 7.20 Предесс язмевеавя мальном сечении скорость состояния в сверхзвуковом двфпотока достигает критиче- фузере в тепловой зазасрамме. ского значения, то в расширяющейся части Х>1. В этом случае торможение потока будет происходить в системе скачков за узким сечением. Увеличение энтропии бзз обусловлено ~потерями в дозвуковой части диффузора. Заметим, что полное .изменение потенциальной энергии в сверхзвуковом диффузоре На, ~можно рассматривать как сумму изменения потенциальной энергии в системе скачков /!аз и в дозвуковой части //ад.
При небольших сверхзвуковых скоростях на входе (М,<1,5) можно применять обычные расширяющиеся дозвуковые днффузоры (рис, 7-19,б). В этом случае пе- 4!! Р,д Ро„ Р Ро, или (7-23) Лзр оР 80 70 йо йд г,л гв 4П йз Р ! РР 1 Ро Р,д г!4г рг Рхрх г!! Рег (7-21) или /г — 1 я+1 1 Рг Гй -1-! Д вЂ” ! г,! (7-22) 2 !2(! г д+! г "д! 413 ред расширяющейся частью возникает прямой скачок уплотнения, в котором поток переходит к дозвуковым скоростям, В расширяющейся части продолжается сжатие дозвукового потока. Потери в таком диффузоре могут быть умеренными, так как при М!<1,5 волновые потери в скачках невелики. Гидравлический расчет сверхзвукового диффузора основан на уравнениях одномерного течения. С помощью уравнения энергии определяется энергетическии к.
и. д. днффузора по формулам (7-1б) и (7-16а). Сечения диффузора рассчитываются по уравнению неразрывности, которое (для суживающейся части) можно записать в виде: рЛ,Р,=р' Л'Р„, где р и Л вЂ” плотность и скорость в минимальном сече- ' нии диффузора. Г!осле преобразования получим: Р, г!4.з/ р Р, р,Ро, Р,д Мг р!Р! 91 рог Если в узком сечении устанавливается критическая скорость М,.=1, то где ~~! — коэффициент потерь в суживающейся части диффузора. Формула (7-22) показывает, что с увеличением потерь в суживающейся части отношение сечений Р,/Р увеличивается.
Отсюда также следует, что при фиксированном значении Р,/г изменение параметров на входе приводит к изменению потерь в суживающейся части. Сравнивая 4!2 два режима течения при одинаковых начальных условиях с различными потерями, из выражения (7-22) можно получить формулу, показывающую, что минимальное сечение диффузора должно увеличиться пропорционально изменению давления торможения в сечении Р А Здесь Р, — давление торможения в критическом сечении при данном режиме; р — то же при другом режиме.
Рис. 7-21. Козффидненты полезного действия сверхзвукового диффузора в зависимости от !1х. ! — с прячыч скачком в горловине, 2 — с прямым скач. коч на входе. Для расчета входной части диффузора необходимо знать величину коэффициента потерь 1„!, а следовательно, структуру и положение скачков уплотнения на этом участке. В простейшем случае можно принять, что во входной части расположен только один прямой скачок. Величина 1~! при этом зависит от положения прямого скачка. Если скачок возникнет в сечении Р„ потери энергии будут максимальными; если скачок расположится в узком сечении, потери значительно снизятся. Для иллюстрации на рис. 7-21 приведены соответствующие к, п.
д. диффузора 24 и 2(„длн двух предельных случаев (1--с прямым скачком в горловнне и 2 — с прямым скачком во входном сечении), а также опытные значения к. и. д, Сравнение показывает удовлетворительное совпадение расчетных и опытных величин. Выходное сечение диффузора определяется по уравнению неразрывности, Коэффициент потерь в расширяющейся части диффузора ч, в первом приближении можно принять по данным испытаний дозвуковых диффузоров.
Скоростью на выходе из диффузора задаются. Полный коэффициент потерь в диффузоре можно найти по формуле (при 1 =1) '1д ~д~ + г 1 Давление торможения за диффузором определяется по уравнению Рос д — 1, РО2 Й+ 1 (7-24) Волновые потери на входе можно уменьшить, вводя ступенчатое торможение потока во входном участке (гл 4). Торможение в системе скачков осуществляется различными способами. Один из способов заключается в том, что стенки входного участка выполняют с изломами (рис.
7-22,а). Лучший результат можно получить с помощью профилированной иглы (рис. 7-22,б), В диффузорах реактивных двигателей применяется аналогичная система ступенчатого торможения (рис, 7-22,в). Для уменьшения волновых потерь на входе используется также система отраженных скачков (рис 7-22,г и д). Расчет сверхзвукового диффузора со ступенчатым торможением состоит из нескольких этапов. Вначале устанавливается система скачков на входе и определяются восстановление полного давления и коэффицирнт волновых, потерь в системе скачков, Затем по задан.юму расходу рассчитывается критическое сечение; ~ = д Р дР„,„Ь' 7., 414 ро.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
