Диссертация (1149877), страница 11
Текст из файла (страница 11)
сама донная область существенно трехмерная. Характертечения и взаимодействия слоев смешения и сверхзвуковых потоков состенками в плоскости расположения осей сопел и в ортогональной ейплоскости радикально отличаются. Всю донную область можно разбить на двасообщающихся между собой объема: зоны между соплами и остальной частидонного объема. Визуализация течения показала, что область между сопламикак на стационарных, так и на нестационарных режимах течения остаетсяпримерно постоянной, а "дышит" периферийная область течения.Первые же эксперименты с Ма=1 выявили новые явления.
Как известно, восесимметричном случае с одним соплом, колебания не возникают при Ма = 1.Здесь же имеем развитые колебания, подобные таковым при числе Махабольше единицы, в случае одной струи (рисунок 55-57). Анализ геометрииблочной струи показал, что причина заключается в том, что плотнорасположенные две струи на некотором удалении от соплового блокатрансформируются в почти круглую турбулентную, которая весьма подобнакруглой струе, исткающей из сопла с Ма = 2 и θа = 8°. Отсюда и похожееповедение графика Рд(Р0). Если же сопла разнесены достаточно далеко (см.рисунок 58), то струи слабо взаимодействуют друг с другом и графикстановится похожим на случай истечения одиночной струи из сопла с Ма = 1.Для справки на все графики (рисунок 55-57) нанесены точки, соответствующиепереходу от ОДО к ЗДО.84Рисунок 55 – Зависимость Рд(Р0) для dц=0,471, Ma=1.Рисунок 56 – Зависимость Рд(Р0) для dц=0.588, Ma=1.85Рисунок 57 – Зависимость Рд(Р0) для dц=0,706, Ma=1.При истечении из одного сопла в канал с внезапным расширениемнаиболее развитый колебательный режим устанавливается при использованиисопел с Ма = 3, θа = 15°, поэтому следующие эксперименты были проведеныименно с такими соплами (рисунки 58-60).
Для справки на все графикинанесены точки, соответствующие переходу от ОДО к ЗДО, кроме тогоотмечены начало и окончание колебаний и режим предельной нерасчетности.При плотном расположении сопел (рисунок 58) струя довольно быстротрансформируется в почти круглую и ведет себя соответственно. Следствиемявляется то, что характер зависимости Рд(Р0) практически не отличается оттакой для одного сопла.
В коротких трубах газодинамическая система по мереувеличения Р0 скачком переходит от режима течения с открытой доннойобластью сразу на автомодельный режим с закрытой донной областью, когдазависимость Рд(Р0) линейная. По мере увеличения длины трубы развиваетсяколебательный режим, но форма графика отличается от такового в случаеодного сопла (рисунок 59). У одного сопла при начале колебательного режима86сразу развиваются колебания с максимальной амплитудой, а потом, по мереувеличения Р0, размах колебаний постепенно уменьшается. В случаедвухсоплового блока сначала колебания постепенно усиливаются, увеличиваяамплитуду от нуля до максимума. А затем, размах колебаний такжеуменьшается, как и в случае одного сопла.Рисунок 58 – Зависимость Рд(Р0) для dц =0,353, Ma=3, θа=15°.87Рисунок 59 – Типичный развитый колебательный режим.Если разнос сопел увеличить до dц =0.471, то график Рд(Р0) будетполностью подобен таковому для одного сопла (рисунок 60).Рисунок 60 – Зависимость Рд(Р0) для dц =0.471, Ma=3, θа=15°.88Проведенные эксперименты натолкнули на мысль, что при истечениидвух параллельных струй в канал с внезапным расширением в донной областинакладываютсядваколебательныхмеханизма,соответствующихвзаимодействию струй со стенками в двух ортогональных плоскостях.Поскольку габариты блочной струи в плоскости расположения осей сопелбольше, чем в перпендикулярной ей плоскости, следует ожидать, что две модыколебаний смещены по Р0 относительно друг друга.
Можно предположить, чтосмещение будет тем сильнее, чем больше разнос сопел. Эта гипотеза полностьюподтвердилась при проведении экспериментов с dц =0,708 (рисунок 61). Видно,что колебательный режим распадается на два отдельных колебательныхрежима, соответствующих колебаниям ударно-волновой структуры струи вдвух ортогональных плоскостях. Этот эффект не проявляется в короткихтрубах.Интересно, что истечение из соплового блока с Ma=2 занимаетпромежуточное положение между описанными выше случаями. Колебательныйрежим возникает всегда, но наложение двух мод колебаний носит ярковыраженный характер, график Рд(Р0) на колебательном режиме сильнодеформирован (рисунок 62). С другой стороны, расщепления колебательногорежима на два не происходит.
На рисунке 63 наблюдается полное исчезновениеколебательногорежимаипоявленияотносительной длины трубы lтр/dтр.еговновьпомереизменения89Рисунок 61 – Зависимость Рд(Р0) для dц =0,706, Ma =3, θа =15°.Рисунок 62 – Зависимость Рд(Р0) для dц =0.353, Ma =2, θа =15°.90Рисунок 63 – Зависимость Рд(Р0) для dц =0.706, Ma =2, θа =15°.Выводы п.
3.2. Таким образом, выполненное исследование ударноволновых процессов, сопровождающих истечение в канал с внезапнымрасширением двух параллельных струй, позволило сделать некоторые важныевыводы.Общие закономерности течения такие же, как и в случае одного сопла.График зависимости Рд(Р0) похож на таковой для одного сопла. Но имеются исущественные отличия.
Форма блочной струи существенно отличается отформы круглой струи, истекающей из одного сопла. отсюда следует, чтоизвестные из ранних экспериментов выводы о том, что колебания не возникаютв струях, истекающих из сопел с Ma = 1, а также соплах с Ma =3-4 и θа =40°, вслучае двухсоплового блока не действуют.
Кроме того, сложнее выглядитколебательный режим, который образуется двумя отдельными модамиколебаний, которые могут накладываться друг на друга, либо существоватьизолированно в разных диапазонах Р0.913.3 Режим предельной нерасчетности при истечении струи издвухсоплового блока в канал с внезапным расширениемПостановка задачи. Выполненные ранее исследования на установке содним соплом показали, что при истечении одиночной сверхзвуковой струи вканал с внезапным расширением имеется важный режим, реализующийпредельную нерасчетность струи, т.е. минимальное давление в донной области.Канал при этом перекрывался мощным мостообразным скачком, течение закоторым было дозвуковым. Данный режим перспективен для самых разныхтехнических приложений, начиная с организации детонационного горениятоплива, заканчивая глушением шума.Во время проведения экспериментов использовалась двухсопловая схемаустановки с диаметром трубы dтр = 85 мм, длинной трубы lтр/dтр = 1-28,количеством сопел i=2, числом Маха сопел Ма=1, 2, 3, углом полурастворасопел θа = 15°, разносом сопел dц/dтр =0,353, 0,471, 0,588, 0,706, относительнойплощадью канала Fтр/FΣ = 16,08, 32,15, 64,40, 96,48, 128,7.
Полное давлениеперед соплом варьировалось в диапазоне от 0 до 90 атм.Результаты и их анализ. Выполненные продувки на установке с двумяпараллельными соплами показали, что характер графика Рд(Р0) подобентаковому для случая одного сопла. Также имеется нисходящая и восходящаяветви графика. На графике можно выделить точку минимального донногодавления. Основные отличия случая двух сопел заключается в "поведении"колебательногорежима.Представляетинтересхарактерзависимостипредельной нерасчетности, а также соответствующих значений полного идонного давления, от числа Маха, разноса сопел, длины и диаметра трубы.
Дляопределения этих зависимостей была проведена серия экспериментов на соплахс θа=15°, т.к. в односопловом случае, графики РдII(Р0), соответствующиеданному θа, наиболее типичны. Результаты в виде зависимости (рисунки 64,65) продемонстрировали, что характерные полные и донные давления,соотвествующие режиму предельной нерасчетности, зависят от длины трубы и92числа Маха сопла качественно также, как и в случае одной струи. Видно, чтотак же, как и в случае одного сопла, имеется оптимальное значение длиныканала lопт, при которой достигается минимальное значение Рд. С увеличениемчисла Маха уменьшаются как донное, так и полное давление, соответствующеережиму предельной нерасчетности.
Таким образом, можно сделать вывод, чтохарактеристики данного режима зависят от некоторого интегральногопараметра, характеризующего режим.Для проверки гипотезы были построены графики зависимости полногодавления P0II и донного давления PдII на режиме предельной нерасчетности,когда донное давление имеет минимальное значение, от относительной длинытрубы и числа Маха сопел Ма (рисунки 66-68), а также график зависимостиполного давления P0II от числа Маха сопла, разноса сопел dц и относительнойплощади канала Fтр/FΣ (рисунок 69).
Целью было выявить, как влияют напараметры режима разнос сопел, число Маха сопла, относительная площадьканала.Рисунок 64 – Полное давление перед соплом, соответствующее режимупредельной нерасчетности. dц=0,353, i=2, Fтр/FΣ = 32,15.93Рисунок 65 – Донное давление, соответствующее режиму предельнойнерасчетности. dц =0,353, i=2, Fтр/FΣ = 32,15.Рисунок 66 – Полное давление перед соплом, соответствующее режимупредельной нерасчетности, при различных сочетаниях разноса сопел dц, числаМаха сопла Ма и относительной площади канала Fтр/FΣ.94Видно (рисунок 66), что разнос сопел слабо влияет на моментнаступления режима предельной нерасчетности.
В то же время, результатысущественно расслаиваются по относительной площади канала. Чем большеотношение площади канала к суммарной площади критических сечений сопел,тем больше Р0, при котором наступает режим предельной нерасчетности. Самапредельная нерасчетность практически линейно увеличивается с ростомотносительной площади канала (рисунок 67). При заданной относительнойплощади канала зависимость предельной нерасчетности от числа Маха соплапредставлена на рисунке 68.На рисунке 69 представлен график, характеризующий зависимостьпредельной нерасчетности nII от всех определяющих параметров: Fтр, Ма, dц.Характер графика демонстрирует, что отношение nII/Fтр является комплекснымнезависимым параметром, характеризующим режим предельной нерасчетности.Рисунок 67 – Зависимость предельной нерасчетности от относительнойплощади канала.
Fтр/FΣ = 32,15, dц=0,471.95Рисунок 68 – Зависимость предельной нерасчетности от числа Маха сопла приразличных значениях относительной площади канала Fтр. dц =0,471.Рисунок 69 – Интегральная характеристика режима предельной нерасчетности.96Глава 4 Численное моделирование и интерпретация результатовэкспериментов4.1 Дисбаланс расходов газа в донной области и закономерности течения настационарных и переходных режимахАнализ экспериментальных графиков указывает на тот факт, что призаданной геометрии канала и сопла течение определяется каким-то однимпараметром, причем это не полное давление перед соплом Р0. Действительно,Р0 изменяется монотонно, но последовательность следования режимов можетбыть разной. Встречается и явление гистерезиса, т.е. при увеличении Р0 и приего уменьшении переключение от одного режима к другом происходит приразных значениях Р0.Для описания модели поведения струи в канале на различных режимахкак динамической системы вводится понятие дисбаланса расходов масс ξ=(qpqv)/qа, поступающих в донную область (qv) из окружающей среды или изобласти присоединения струи к стенке канала и эжектируемых из доннойобласти струей (qp), отнесенный к расходу рабочего газа через сопло (qа) [2].
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
