Автореферат (1149876), страница 2
Текст из файла (страница 2)
П.В. Булатув работах [1], [3], [4], [5], [8] принадлежит описание теории и разработкаматематических методов и алгоритмов, в работах [6], [7], [12], [9], [13]-[15] –обзор предметной области. О.Н.Засухин в работах [7]-[9], [12]-[15]участвовал в проведении экспериментов и обсуждении результатов. В.Н.Ускову в работах [5], [6] принадлежит постановка задачи. П.В.Денисенко вработах [1], [3] разрабатывал схему эксперимента. Е.Е. Ильина, Т.Е.Ильина,В.В. Упырев в работах [1], [2], [15] выполняли численные расчеты пометодике, разработанной автором.Структура работы.
Диссертационная работа состоит из содержания,введения, четырех глав, списка литературы, содержащего 56 наименований.Текст изложен на 141 странице. Диссертация содержит 101 рисунок.Краткое содержание работыВ первой главе введены основные понятия, необходимые для изучениясверхзвуковых течений с внезапным расширением, связанных с проблемойдонного давления, сформулированы и обоснованы цели, задачи, предмет иметод исследования, приведен обзор ранее выполненных ключевых работ.Выполненный обзор показал, что в области течений с внезапнымрасширением остались до конца нерешенными следующие задачи:моделирование нестационарных (колебательных и переходных) процессов,построение обобщающих параметрических зависимостей характерныхдонных давлений от геометрических параметров одно- и многосопловойкомпоновок, установление физических механизмов колебательных ирелаксационных процессов.Для целей интерпретации экспериментальных исследований разработанаметодика численного расчета, позволяющая корректно моделироватьнестационарные явления в отрывных сверхзвуковых течениях.
Прямойчисленный расчет колебаний УВС с помощью осредненных по времениуравнений Навье-Стокса, замкнутых с помощью различных моделей7турбулентности, сталкивается с методическими трудностями. Тем не менее, вцелом ряде практически важных случаев, когда частота колебательногорежима существенно меньше характерной частоты схода вихрей втурбулентном течении, численный расчет с помощью моделейтурбулентности и осредненных по времени уравнений Навье-Стокса вполневозможен.Колебаниядонногодавленияотносятсякклассуквазистационарных, т.е. таких, период которых существенно большехарактерного времени протекающих газодинамических процессов. Ниамплитуда, ни частота, ни форма колебательного цикла не зависят отпараметров турбулентности. Этот экспериментально установленный фактпозволяет применять для расчета низкочастотных колебаний донногодавления квазистационарную постановку задачи.
До начала расчетов быловыполнено тестирование широко представленных в современныхкоммерческихвычислительныхпакетахмоделейтурбулентности.Проведенное тестирование показало, что наилучшие результаты прирасчетах сверхзвуковых отрывных течений, характерных для многосопловыхкомпоновок и донных частей ракет, дают Realizable k-ε и Transition SSTмодели турбулентности.Во второй главе излагаются результатыисследования компоновки с одним соплом.экспериментальногоГрафик изменения донного давления Рд= f(Р0) можно условно разделитьна нисходящую и восходящую части.
Граница разделения частей графика нанисходящую и восходящую соответствует минимальному донному давлениюРд, определяемому сочетанием конструктивных параметров установки(геометрическому числу Маха сопла - Mа, углу полураствора сопла - θа,длине канала - lтр). Величина минимального донного давления не остаетсяпостоянной при использовании канала переменной длины и существуетоптимальная, с точки зрения получения максимального разрежения в доннойобласти, длина канала lтр=lтр_опт. Этой же длине канала соответствует исамое низкое из всех Р0, т.е. такое полное давление, при котором достигаетсямаксимальное разрежение в донной области Рд. Анализ экспериментальныхданных показал, что чем больше Mа тем больше оптимальная длина канала.Эта закономерность вполне естественна, т.к.
с увеличением Mаувеличивается длина первой бочки струи, а вот предельная нерасчетность сростом Mа падает, т.е. интенсивность центрального скачка уменьшается.Наибольшая интенсивность центрального скачка уплотнения в канале свнезапным расширением достигается на режиме предельной нерасчетности.8Для каждого типа сопла и диаметра канала существует своя оптимальнаядлина канала, которая обеспечивает абсолютный максимум нерасчетности.На нисходящей ветви графика Рд(Р0) при истечении струи в длинныеканалы и каналы средней длины, имеются области колебательных режимов.Все типы колебаний и переходных процессов являются неавтомодельными.Их протекание сопровождается гистерезисом параметров при увеличении исбросе Р0.
Автоколебательный режим является существенной особенностьютечения в канале с внезапным расширением. Амплитудно-частотнаяхарактеристика определяется многочисленными конструктивными итехнологическимипараметрамиустановки.Колебанияносятквазистационарный характер, т.е. газодинамические функции Fд не зависятявным образом от времени, а определяются только донным давлением,которое, в свою очередь, зависит от расхода газа, эжектируемого из доннойобласти и втекающего в неё. Выяснилось, что колебания при увеличении Р0всегда возникают с отличной от нуля амплитудой, причем первый циклначинается с уменьшения Рд. При этом низкочастотным колебаниямпредшествует переходный режим, когда стохастические колебаниямодулируются и амплитуда их растет. По результатам экспериментальныхисследований были сделаны основные выводы по природе колебательногорежима.
Частота колебаний сильно зависит от длины трубы и в меньшейстепени от числа Ма сопла. При увеличении Р0 колебания начинаютсяпереходным процессом. В разных частях колебательного режимасуществуют различные виды колебаний, возможно, формируемые за счетналожения двух разных механизмов поддержания колебаний. В короткихтрубах колебания не возникают. Не возникают они и в случае истеченияструй из сопел, обеспечивающих их наибольшее раскрытие.В третьей главе изложены и проанализированы экспериментальныеисследования компоновки с блоком сопел. Взаимодействие между собойсверхзвуковых струй, истекающих из многосоплового блока, приводит ксложным трехмерным течениям. При определенных значениях полногодавления блочные струи начинают взаимодействовать своими внешнимиграницами со стенками канала, что приводит к интенсивным потокам,затекающим в межсопловую донную область.
В то же время струивзаимодействуют и между собой, что приводит к образованию серповидныхскачков уплотнения между струями. Серповидные скачки выталкиваютпоток к периферии, поэтому поперечное сечение результирующей струиприобретает в случае двух сопел крестообразную форму, а в более сложныхслучаях – звездообразную.
Проведенное исследование показало, что характер9поведения ударно-волновой структуры при истечении в канал одиночнойструи или блока струй во многом подобны. Но имеются и существенныеотличия.Отличия касаются, в основном колебательных режимов, которых вдвухсопловых компоновках может быть два (рисунок 3), что объясняетсясуществованием двух отдельных мод колебаний, которые могутнакладываться друг на друга, либо существовать изолированно.Рисунок 3 – Зависимость Р0(Рд) для dц=0,708, Ma=3, θа=15°.Первые же эксперименты с Ма=1 выявили новые явления.
Как известно,в осесимметричном случае с одним соплом, колебания не возникают приМа=1. Здесь же мы имеем развитые колебания, подобные таковым при числеМаха больше единицы, в случае одной струи. Анализ геометрии блочнойструи показал, что причина заключается в том, что плотно расположенныедве струи на некотором удалении от соплового блока трансформируются впочти круглую турбулентную, которая подобна круглой одиночной струе,истекающей из сопла с Ма=2 и θа=8°, отсюда и похожее поведение графикаРд(Р0).В четвертой главе выполнена обработка и интерпретация результатовэкспериментальных и численных исследований нестационарных процессов,возникающих в сверхзвуковом течении в канале с внезапным расширением, втом числе: выполнены численные расчеты круглой и кольцевой струи наколебательных режимах; проанализированы формы колебательных циклов10составных, псевдогармонических и релаксационных колебаний, исследованыпереходные режимы; исследованы закономерности изменения частотыколебаний по мере изменения полного давления; подтвержден расходныймеханизм поддержания колебаний.Путем сопоставления данных натурного и численного экспериментаустановлен физический механизм колебаний, а также соответствиефизической картины течения отдельным фазам колебаний (рисунок 4).Рисунок 4 – Колебательный цикл Рд(t) (слева) и соответствующие ударноволновые структуры в виде распределения чисел Маха (справа),соответствующие составным колебаниям.Причиной начала колебаний является возникновение при некоторомзначении полного давления перед соплом дисбаланса количества газа,эжектируемого из донной области и втекающего в неё из окружающей средыили области натекания струи на стенку канала.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
