Седов Л.И. Механика сплошной среды, Т. 2 (1119110), страница 21
Текст из файла (страница 21)
В идеальном сопле имеем р;/р; == 1; при действительном движении за счет необратимых потерь, обусловливающих рост энтропии в частицах, имеем (9.6) Коэффициент а является одной из важных характеристик качества сопла я отклонения соответствующего действительного режима истечения жидкости кли газа через сопло от идеального. На практике для хороших сопел величина о близка к единице, о = 0,98.
В применяемых для двигателей соплах коэффициент о высок и основное значение для сопел двигателей имеет коэффициент тяги Л .— - Л/Л,ю т. е. отношение тяги Л двигателя с данным соплом к тяге Лэд двигателя с идеальным расчетным соплом, в котором нет потерь и обеспечена равномерность потока на выходе при том же перепаде давлении в сопле. Для хороших сопел Л порядка 0,98 — 0,996. Для аэродинамических труб существенное значение имеет величина коэффициента неравномерности потока аи с=в 19.7) где Лэ — среднее по сечению и по времени отклонение скорости в рабочей части струи от ее среднего значения.
В хороших аэродинамических трубах значение е имеет порядок 1%. Во многих случаях на практике для обеспечения нужных изменений расхода или скорости потока на выходе из сопла требуется применять регулируемые илн сменные сопла ~например, в аэродинамических трубах). Основной регулируемой характеристикой для дозвуковых сопел является площадь сечения на выходе, а для сверхзвуковых сопел — площадь сечения горла сопла, в котором достигается критическая скорость потока (см. $ 6).
Торможение потока, происходящее при Диффуэор движении жидкости или газа против воарастающего давления, может решаться с помощью применения специальных каналов, называемых диффузорами. Так же как и сопла, диффузоры являются составной частью реактивных двигателей, всевозможных машин и испытательных установок. В частности, в аэродинамических трубах поток, прошедший рабочую часть„дозвуковую или сверхзвуковую, обладает значительной механической энергией. Зтот ноток дол- 1 9. Основные агрегаты гвдродвнагшческпх машин 95 жен быть заторможен г), поэтому в аэродинамических трубах имеются диффузорные каналы. Проблема уменьшения потерь в диффуэорах — это проблема сохранения ценной механической энергии для обеспечения в случае аэродинамических труб экономичности установки, а в случае реактивных дни~а~елей для получения тяги.
В диффуаорах мы имеем дело с процессами, обратными процессам в соплах, п в связи с этим при дозвуковых скоростях диффуэорные каналы расширяются вниз по потоку; при сверхзвуковых скоростях на входе диффуэорные каналы вначале суживаются, затеы имеют горло, отвечающее скорости потока, равной скорости звука, после чего, при дальнейшем торможении, расширяются для уменыпения дозвуковых скоростей потока, Получение регулярных потоков с малыми потерями при торможении в диффузорах — задача гораздо более трудная, чем получение ускоренных потоков с малыми потерями в соплах.
В диффузорах идеальные обратимые движения нарушаются эа счет тех же причин и свойств среды, что и в соплах, однако при тормол'енин потоков влияние перечисленных выше факторов проявляется в более сильной степени. В диффузорах из-за двилгения против возрастающего давления условия отрыва потока от стенок более благоприятны, чем в соплах, в которых движение ускоряется — частицы стремятся двигаться по потоку за счет падения давления. Для избежания отрывов на контурах диффуэоров в дозвуковой части они должны быть плавными, без стыков и изломов и без слишком больших углов расширения. В сверхзвуковых диффузорах поток газа на входо сверхзвуковой и поэтому, как правило, у входа в диффузор образуются скачки уплотнения, в которых возникают бгольшио потерк механической энергии.
Основной характеристикой диффузора является коэффициент восстановления давления: Рг Рг В идеальном диффузоре а = 1, на практике даже в очень хороших диффузорах зяачения а меньше, чел в соплах с аналогичными перепадами давлений. г) Торможеппе необходимо либо прк эыбрасываппп струн воздуха в атмосферу, в которой давление выше, чем давление в рабочей части трубы, лабо для повторного использования воздуха через вентилятор. В замкнутой трубе воздух надо тормозвть, чтобы сппчпгь сопротивление стенок трубы и улучпгпть условна работы вентилятора. 99 Гл. У111. Гидромеханика В реактивных двигателях впереди имеется воздухозаборник, представляющий собой переднюю часть диффузора.
Никее мы покажем, что скорость забираемого воздуха надо уменьшить с тем, чтобы сообщить ему энергию для создания реактивной струи большой скорости, благодаря чему создается нужная тяга. Потери в потоке газа при подходе к диффузору или в са. мом диффузоре могут быть очень большими прн больпгил сверхзвуковых скоростях полета. При полете со сверхзвуковыми скороЛнффузор для сверл- стями в относительном сверхзвуковом по- звуковых скоростей полета токе при подходе к диффузору реактивного двигателя или в самом диффузоре образуются скачки уплотнения, в которых могут получаться болыппо потери механической энергии.
На рис. 46 показан прямой скачок перед входом в простой диффузор, Гкгмг Рис. 40. Схсыа и фотография ударной волны перед входоп в дпффузор прк сверхзвуковых скоростях обтекания. С помощью условий на прямом скачке (см. 9 6 гл. т'11) и общих газодинамических формул Я 5 и 6 легко получить формулу для отношения давления торможения р; за скачком к давлению торможения р*, перед скачком в зависимости от числа Маха Мл = ил/ал в набегающем потоке (число Маха М, отвечает скорости полета). Это отношение равно + ~ —, м'„' — 1~ о Рл йт 2(т — 1] 1 1тдт — Ы! т — 1 Стдт — Ы вЂ” ('1; м' (1-( 1)' (у+1)т Мт ~ " 2 1 (9.8) 1 9.
Осиовиые агрегаты гидродиивмических машин 97 Из этой формулы при у = 1,4 следует, что при М,=1,4 с=096, при Мх=2 с=0,72, при М, = 3 и = 0,33. Отсюда ясно, что при увеличении числа Маха полета потери растут очень сильно, Для того чтобы избежать таких больших потерь, диффузор делают с передним острым краем и центральным коническим телом, перед которым возникают косые скачки уплотнения (см. схемы на рис. 47).
еаеееуее кл ахеи веере ееаеее аеаеееееее а) Рис. 47. Схемы входа сверхзвукового потока в диффузор. Прямой скачок в этом случае образуется лишь после серии косых скачков. Так как число М, подсчитанное по нормальной скорости для косого скачка, мало, то н потери в косом скачке невелики. Перед замыкающим прямым скачком, в котором происходит переход к дозвуковой скорости, число М в этом случае уяге близко к единице и поэтому потери в нем также малы. Чем больше будет косых скачков, тем меныпе будут потери полного давления при торможении сверхзвукового потока. На практике для чисел М, полета до М, = 3 оказывается достаточным одного-двух косых скачков, чтобы снизить потери до приемлемой величины.
Другой важной характеристикой диффузора является коэффициент расхода ф. Величина ~р определяется как отношение фактического расхода через диффузор к максимально возможному расходу при сверхзвуковом полете. Максимальный расход будет, если в диффузор входит струя газа, имеющая на бесконечности площадь, равную площади входа в диффузор. При дозвуковых скоростях полета возможно засасывание струи, поэтому максимально возможное значение у и, следовательно, максимальный расход через диффузор отвечают критическим значениям скорости на входе в диффузор. Отсюда следует, что рвррвр р~вах р е 4 Л. И. Севов, т.
2 98 Гл. УШ. Гидромеханкка Камера сгоравия Если в сверхзвуковом диффузоре косые скачки приходят в точности па кромку обечайки (рис. 47, а), то у = 1. Если полностью закрыть канал, то весь поток пойдет вне диффузора и ~р = О. На практике может оказаться, что ка некоторых режимах работы самое узкое сечение — горло диффузора ке пропускает всего расхода, который может войти в диффузор, тогда О <.' ~р с 1.
При этом линии тона крайних струек газа, идущих в диффузор, разворачиваются и проходят вне диффузора. Косые скачки могут проходить или пересекаться перед обечайкой, тогда у обечайкиобразуется ударная волна (рис. 47, б). Все это приводит к возникновению дополнительного внешнего сопротивления диффузора. Если это сопротивление велико и его необходимо избежать, то применяют регулируемые диффузоры, в которых можно изменять площадь горла, например, изменением положения конуса внутреннего тела относительно обечайки или другими путями. Как было показано выше, воздействие потока совершенного гааа па внутренние тела может приводить к тяге, если к газу подводится внешняя энергия или в потоке выделяется энергия аа счет химических реакций, например, горения.
В двигателях, создающих тягу, всегда происходит подвод энергии. Обычно к потоку подводится либо некоторое количество тепла, либо над потоком совершают работу внешние поверхностные или массовые силы. Тепло потоку можно сообщить, сжигая топливо в воздухе, протекающем череа специальные каналы внутри двигателей. Такие каналы называются камерами сгорания. При сжигании топлива в движущемся воздухе в поток вводится дополнительная масса топлива; при сгорании топлива в воздухе выделяется тепло и образуется гаа — продукты горения. В детальных расчетах можно учесть появление этой дополнительной массы газа и связанное с этим изменение физико-механических характеристик газа. На практике эта масса и изменение свойств часто относительно малы, так как массовая доля топлива по сравнению с массовой долей воздуха, участвующего в химической реакции, даже в случае стехиометрической смеси мала, например, отпошекие массы керосина к потребной для его сжигания массе воздуха равно а,~ха~и — — 1И5.
В действительности в камерах сгорания воздушно-реактивных двигателей (ВРД) весовая доля воздуха значительно больше стехиометрической, отношение а имеет порядок 1,5-3э4. Рассмотрим основные эффекты и элементы теории движения совершенного газа в камерах сгорания, причем учтем только количество тепла, поступающее в установившийся поток идеального совершенного газа.
Изучи 1 9. Осиоввые агрегаты гидредииамических машки 99 газового потока в канале камеры сгорания па основе гидравлической теории, иначе говоря, примем в расчетах, что канал цилиндрический и что в нормальных к его оси сечениях все характеристики потока одинаковы. При подводе тепла энтропия газа, рассчитанная на единицу массы, всегда возрастает, так как 2 2 г (2(') 22 — 21 = ~д2)~ >— г и (Кд('> ) О, (9.9) 1 1 индекс 1 здесь относится к параметрам яа входе в камеру сгорания, а индекс 2 — к параметрам в рассматриваемом сечении или ка выходе; ((д(') — приток тепла, рассчитанный на единицу массы в промен(уточных положениях частиц газа.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
