Диссертация (1149877), страница 15
Текст из файла (страница 15)
Предполагается, что изменение дисбалансаповлияет на характеристики колебаний, что докажет их расходный характер.Рисунок 99 – Схема установки с каналом обратной связи.Модельная установка состоит из канала, в котором расположено звуковоесопло (Ма=1) и тороидальной камеры. Сопло с Ма=1 выбрано из техсоображений, что в нормальных условиях колебания в установках с такими127соплами не возникают. В канале выполнены отверстия, соединяющие областьвнутри трубы и область тороидальной камеры, выполняющей роль каналаобратной связи. При натекании границы струи на стенки канала черезотверстия происходит дополнительная запитка донной области газом, чтоопределенным образом влияет на донное давление.Экспериментальные исследования.
В ходе экспериментов исследовалосьвлияние запитки донной области на возникновение колебаний донногодавления. При проведении исследований изменялись следующие параметры:- l – расстояние запитываемых щелей от среза сопла;- d – критический диаметр сопла;- lтр – длина трубы;- конструкция разделительной втулки;Изменение в конструкции втулки заключались в том, что изменялосьсоотношение проходных сечений запитываемых от струи и запитывающихдонную область отверстий.
Сначала использовалась втулка, у которойзапитываемыми были кольцевые щели, а запитывающими – радиальныеотверстия. Затем втулка была развернута относительно сопла таким образом,что отверстия и щели поменялись местами. Второе изменение заключалось втом, что в обоих сечениях были сделаны идентичные кольцевые щели.Целью проводимых экспериментов было изучение влияния изменениябаланса расходов на возникновение нестационарных процессов при истеченииструи в канал с внезапным расширением на нехарактерных для этих процессоврежимах, например Ма=1. В ходе экспериментов изменялся критическийдиаметр сопел ( d =10,5; 20; 30; 40 мм), положение тороидальной камерыотносительно сопла, длина трубы. Для различных комбинаций этих параметровпроводились измерения донного и полного давлений, а также акустическиххарактеристик струи.128ПлощадьпоперечногосечениятрубыFтробезразмериваетсяотносительно площади критического сечения сопла.
Длина трубы lтр ирасстояние от среза сопла до запитываемых отверстий l обезразмериваютсяотносительно диаметра трубы. Уровень звукового давления L измеряется в дБ,частота колебаний f в Гц.Рассмотрим зависимость донного давления от полного для сопла с d =30мм при разных положениях втулки относительно среза сопла, т.к. именно дляэтого сопла получен наиболее выраженный колебательный режим. Как видноиз рисунка 100 (а-г), форма графика при малых удалениях l = 0,118-0,471 малоотличается от известных зависимостей при истечении струи с Ма = 1 в обычныйканал с внезапным расширением. При увеличении l от 0.118 до 0.471происходит постепенное уменьшение Р0, характеризующего режим предельнойнерасчетности, при котором Рд минимально.
Само значение Рд увеличивается,что может быть связано с приближением тороидальной камерык зоненатекания границы струи на стенку канала и соответственно с уменьшениемэжекционной способности струи. Стоит отметить, что на всех рисункахзначение полного давления перед соплом, характеризующее закрытие доннойобласти и окончание режима случайных колебаний, практически неизменно.129а) l = 0,118.б) l = 0,353.в) l = 0,412.г) l = 0,471.д) l = 0,529.е) l = 0,588.ж) l = 0,647.з) l = 0,706.и) l = 0,765.к) l = 0,823.Рисунок 100 – Графики зависимости донного давления от полного давления дляустановки с каналом обратной связи. Число маха сопла Ма = 1.130Начиная с l = 0,529 (рисунок 100 (д,е)) наблюдается рост донногодавления после достижения минимума.При l от 0,647 до 0,706 (рисунок 100 (ж,з)) картина, в общем, сохраняется,за исключением того, что в области роста донного давления при полномдавлении от 6 до 9 наблюдается режим случайных колебаний.
Их размахдостигает 0,06 при Р0=6. Они обусловлены тем, что в зону питаемой щелиначинает просачиваться газ из сжатого слоя, находящегося вблизи границыструи. Этот газ незначительно повышает давление в донной области и вызываетнебольшие пульсации давления.При последующем увеличении l от 0,765 до 0,823 (рисунок 100 (и, к)картина несколько изменяется, но общий вид кривых сохраняется прежним.Для этих режимов характерно возникновение нестационарностей в диапазонеР0 от 5 до 6 с ростом амплитуды колебаний Рд при увеличении l от 0,25 до 0,3.Нестационарный режим связан с тем, что струя достигает такого значениянерасчетности, при котором линия натекания границы струи попадает в зонупитаемой щели, что увеличивает расход газа в донную область от линиинатекания и уменьшает разрежение в донной области.
Окончание колебанийобъясняется выходом линии натекания из зоны щели.В случае, когда l = 0,823 в районе понижения донного давления послеколебаний, наблюдается появление случайных колебаний.По результатам проведенных экспериментов можно сделать вывод, чтопутем изменения дисбаланса расходов газа в донной области путем еесоединения с областью натекания струи на стенку удалось возбудить колебанияпри истечении струи из сопла с Ма = 1, когда колебания обычно не возникают.Это позволяет сделать вывод, что колебания носят именно расходный характери механизм их возбуждения и поддержания действительно основан намгновенном неравенстве расходов газа, втекающих в донную область иистекающих из нее.131Численные исследования. Для определения картины течения в процессевозбуждаемых колебаний выполнены численные расчеты.
В результате расчетаполученаследующаякартинаизмененияУВС,соответствующаяколебательному режиму (рисунок 101).Рисунок 101 – Изменение УВС на колебательном режиме течения.Стрелками показана последовательность смены фаз колебательногоцикла. Хорошо заметен газ, перетекающий из области натекания струи настенку в донную область по периферийному кольцевому каналу.
Среднеедавление в донной области в крайних точках цикла примерно соответствуетэкспериментальным данным по размаху колебаний, приведенным на рисунке100. Таким образом, расходный характер колебаний может считатьсядоказанным.132ЗаключениеВрамкахработыпроведеноисследование донногодавленияводносопловой и многосопловой компоновках, проведен их сравнительныйанализ,разработаначисленнаяметодикамоделированияотрывногосверхзвукового течения, получены новые качественные результаты. Полученополное описание поведения струи в канале с внезапным расширением какдинамическойсистемы.Даноисчерпывающеетолкованиефизическойсущности процессов, сопровождающих истечение струи в канал с внезапнымрасширением на стационарных и нестационарных режимах.На первом этапе была разработана методика численного расчета.Отработка методики проводилась на модельных задачах, результаты которыхсравнивались с экспериментальными данными.
Известно, что моделированиерасчетных струй, то есть, когда нерасчетность близка к единице, не вызываетособых сложностей. Трудности возникают на нерасчетностях значительноотличающихся от единицы, в данном случае необходимо проводить анализрасчетных моделей и выбирать наиболее подходящие. Для одиночнойзатопленной недорасширенной сверхзвуковой струи наилучшие результатыбылиполученысиспользованиемдвухпараметрическихмоделейтурбулентности k-ω и усовершенствованной модели Ментера Transition SST.Для сверхзвуковой струи, истекающей в канал с внезапным расширениемпоперечного сечения, взята двухпараметрическая модель Realizable k-ε имодель Transition SST.
Стабильнее результаты на нестационарных, хотя и ссущественнымзавышениемсущественномузавышенийтурбулентнойамплитудывязкости,колебанийчтоприводитдонногокдавления.Совместное использование двух рассмотренных расчетных моделей позволилополучитьдостаточноточныерезультатыдляфизическогоанализасверхзвукового течения в канале с внезапным расширением поперечногосечечния.133На следующем этапе были проведены экспериментальные исследованияодиночной и блочной струи. Они показали, что характер поведения УВС приистечении в канал одиночной и блочной сверхзвуковой струи во многомподобны. Выявлены характерные полные давления, отвечающие переходу отодного режима течения к другому. Исследование низкочастотных колебанийпозволило сделать заключение, что они бывают трех типов.
Характерныедавления, отвечающие моментам переключения с режима на режим,существенным образом зависят от числа Маха сопла, разноса сопел в сопловомблоке, длины и площади канала. Существует такая оптимальная длина канала,которая обеспечивает минимальное донное давление среди всех возможныхканалов.Впервые было проведено численное моделирование блочных струй, ностолкнувшись с трудностями, автором была предложена модель кольцевойструи, как аналог блочной струи. Такая модель позволила решать задачу вдвухмернойосесимметричнойпостановке,чтоснизилозатратынавычислительные мощности. Модель кольцевой струи оказалась удачной ипозволила получить новые качественные результаты, а именно, былиисследованы зависимости периферийного донного давления и донногодавления в центральной части.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
