Диссертация (1149877), страница 13
Текст из файла (страница 13)
На рисунке 78 представленакинограмма колебательного цикла на режиме составных колебаний. Слева награфике колебательного цикла Рд(t) отмечены точки, соответствующие ударноволновымструктурам,изображеннымнарисунке77справа.Частьколебательного цикла протекает при открытой донной области, а часть призакрытой, отсюда и название - "составные колебания".
Причиной началаколебаний является возникновение при некотором значении полного давленияперед соплом дисбаланса количества газа, эжектируемого из донной области ивтекающего в неё из окружающей среды или области натекания струи настенку. Дисбаланс существует при любом значении донного давления, что иявляется механизмом поддержания автоколебаний. Такой механизм называетсярасходным.105Рисунок 78 – Расчетный график Рд(Р0). Ma=3, θa=8°, lтр=16.8. Переход отпсевдогармонических колебаний к релаксационным.На рисунке 79 хорошо видно, что цикл состоит из двух частей. "Зуб"посередине ниспадающей части цикла соответствует отлипанию/прилипаниюструи к стенке канала (нижняя картина течения на рисунке 78), т.е.образованию открытой донной области.
На рисунке 78 он "размыт" и потомумало заметен. Амплитуда этой части цикла хорошо совпадает с экспериментом.Верхний пик графика соответствует части колебательного цикла, когда настенку натекает турбулентный хвост струи. Амплитуда этой части цикла врасчетах существенно завышена. Причины описаны выше.106Рисунок 79 – Форма составных колебаний. P0=43 бар. Ma=3, θa=8°, lтр=16,8.На рисунке 80 приведен анализ фаз колебательного цикла составныхколебаний с привлечением техники дисбаланса расходов газа, втекающего вдонную область и эжектируемого из неё.а - зависимость ξ-Рд при взаимодействии начального участка струи со стенкойканала, b - зависимость ξ-Рд при открытой донной области, с - зависимость ξ-Рдпри натекании на стенку турбулентного участка струи.Рисунок 80 – Анализ колебательного цикла составных колебаний.107Результатыанализапсевдогармоническихколебаний.Псевдогармонические колебания отличаются от составных тем, что часть циклас открытой донной областью отсутствует, т.е.
колебания происходят с закрытойдонной областью, в которую газ окружающей среды не попадает.Колебанияпроисходятмеждудвумякрайнимиположениями,соответствующими натеканию струи на стенку турбулентным участком ипервой бочкой. Физика и типичный график псевдо-гармонических колебанийподобны осциллятору Ван-Дер-Поля (рисунок 81).Рисунок 81 – Форма псевдогармонических колебаний. P0=53 бар. Ma=3, θa=8°,lтр=16,8.Переход от составных колебаний к псевдогармоническим сопровождаетсяпостепенным уменьшением амплитуды и сближением верхнего зубца цикла,соответствующего натеканию турбулентного следа струи на стенку и зубца наниспадающей части графика колебательного цикла, который соответствуетрежиму открытой донной области (рисунок 82).
При их слиянии составныеколебания перестают существовать.108Пока струя взаимодействует со стенкой турбулентным участком,происходит опорожнение донной области, струя раскрывается, точка натеканияприближается к соплу. Как только струя касается стенок первой бочкой,происходит импульсное наполнение донной области и струя отлипает отстенки. Далее цикл повторяется.Нарисунке83приведенанализфазколебательногоциклапсевдогармонических колебаний с привлечением техники дисбаланса расходовгаза, втекающего в донную область и эжектируемого из неё.Рисунок 82 – Форма составных колебаний непосредственно перед их переходомв псевдогармонические колебания.
P0=49 бар. Ma=3, θa=8°, lтр=16.8.109а - зависимость ξ-Рд при взаимодействии начального участка струи со стенкой,b - зависимость ξ-Рд при натекании на стенку турбулентного участка струи.Рисунок 83 – Анализ колебательного цикла псевдогармонических колебаний.Анализрелаксационныхколебаний.Релаксационныеколебаниясопровождаются образованием и исчезновением второй застойной областивихревого течения (2 на рисунке 84), подобной донной области (1 на рисунке83). Вихрь в области 2 "запирается" из-за образования сверхкритическогоперепада давления между областью 2 и донной областью 1.
Это приводит к"обрубанию" верхней части цикла (показано на рисунке 84 пунктирной линией)и переходу к нисходящей ветви, которая в данном случае подобнаэжектированию из окружающей среды на сверхкритическом режиме. Врезультате колебательный цикл приобретает характерную пилообразнуюформу. Горизонтальная полка графика (см. нижний фрагмент рисунка 84)соответствует опорожнению донной области 1 (средний фрагмент рисунка 84).Восходящая ветвь соответствует наполнению донной области при натеканииначального участка струи на стенку (верхний фрагмент рисунка 84). По мереувеличения Р0, верхняя точка колебательного цикла, соответствующая"запиранию" вихревого течения 2, смещается по нисходящей ветви графикаколебательного цикла вниз, соответственно, частота колебаний уменьшается.1101- донная область, 2 - застойная область.Рисунок 84 – Анализ колебательного цикла псевдогармонических колебаний.Проанализируем начало и окончание релаксационных колебаний.
Помере увеличения Р0 на режиме псевдогармонических колебаний наступаетмодуляция амплитуды колебаний. Причиной является то, что максимальноесечение начального участка струи подходит довольно близко к стенке иобразуется длинная область вихревого течения между этим сечением исечением натекания турбулентного участка на стенку. Эта область придальнейшем увеличении Р0 начинает "дышать" с частотой, примерно равнойчастоте колебательного цикла псевдогармонических колебаний, т.е. появляетсявторая мода колебаний. С физической точки зрения для окружающей средызастойная область 2 полностью подобна донной области. Таким образом, снекоторымсмещениемфазыдваподобныхколебательныхциклапсевдогармонических колебаний накладываются друг на друга с удвоениемчастоты (рисунок 85).
Постепенно донное давление перестает "чувствовать"условия в окружающей среде, т.к. донная область, в основном, обмениваетсягазом с застойной областью 2. На графике Рд(t) это проявляется в том, что однаиз мод постепенно уменьшает свою амплитуду. В момент, когда амплитудаэтоймодыстановитсяравнойнулю,псевдогармоническиезавершаются и начинаются релаксационные колебания.колебания111Рисунок 85 – Наложение двух мод псевдогармонических колебанийнепосредственно перед их переходом в релаксационные колебания. P0=59 бар.Ma=3, θa=8°, lтр=16.8.Как правило, низкочастотные колебания заканчиваются вблизи точкиграфика, соответствующей минимальному донному давлению. Если в этотмомент зафиксировать Р0, то произойдет ли с течением времени уменьшениеамплитуды колебаний до нуля, или она будет оставаться постоянной? Инымисловами, имеет ли место переходный процесс, зависящий только от времени t?Проведенная серия экспериментов, в которой Р0 изменялось медленно,показала, что такой переходный процесс ПП3 (рисунок 86) существует.112Рисунок 86 – Наложение двух мод псевдогармонических колебанийнепосредственно перед их переходом в релаксационные колебания.
P0=63 бар.Ma=3, θa=8°, lтр=16.8.Егодлительностьсоставляет,какправило,пятьпериодовТнизкочастотных колебаний. На этом отрезке обычно присутствует три парывсплесков Рд, меньшей амплитуды установившихся колебаний. Расстояниемежду соответствующими пиками равно 2Т. Затем амплитуда колебаний падаетза время Т до величины хаотических пульсаций Рд, причем величина каждойпоследующей пульсации меньше предыдущей примерно в 2,5 раза.Выводы п.4.2.
Таким образом, продемонстрировано, что стандартныечисленныеметоды,турбулентности,основанныепозволяютнадифференциальныхмоделироватьколебаниямоделяхударно-волновыхструктур в отрывных течениях, если частота колебаний существенно меньшечастотысходакрупныхтурбулентныхвихрей,т.е.волновыечислатурбулентности и колебаний значительно отличаются. Проведенные расчетыверно воспроизвели основные закономерности зависимости Рд(Р0), три видаколебаний, а также моменты перехода от одного типа колебаний к другим.Таким образом, разработанная методика расчета может применяться дляотработкиустройствитехнологическихсверхзвуковое течение с внезапным расширением.установок,использующих1134.3 Анализ расходных колебаний кольцевой струи в канале с внезапнымрасширениемПостановка задачи.
Струи, истекающие из кольцевого сопла в канал свнезапным расширением, представляют как самостоятельный интерес, так и вкачестве модели блочной струи, истекающей из блока сопел, расположенныхпо окружности. Очевидно, что внешнее поведение кольцевой струи должнонапоминать поведение обычной струи, истекающей из круглого сопла Лаваля.Но возможны и отличия, т.к. в течении присутствует внутренняя доннаяобласть, причем она является всегда закрытой, а периферийная донная областьможет быть как открытой, так и закрытой. Задача заключается в сравнениитипичных графиков Рд(Р0) для случаев кольцевого и обычного сопла.Необходимо выяснить, появляются ли в случае кольцевого сопла какие-тоновые режимы течения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
