Диссертация (1149877), страница 7
Текст из файла (страница 7)
В случае режимов ОДО (рисунок 25а), qv- количество газа, втекающего из окружающей среды (рисунок 26, а). Нарежимах ЗДО (рисунок 25, б-д), qv - это количество газа, которое не смоглопреодолеть продольный положительный градиент давления в области R48(рисунок 26, б) присоединения струи к стенке канала и развернулось в доннуюобласть.Рисунок 26 – Иллюстрация понятия открытой (а) и закрытой (б) доннойобласти.Анализируя рисунок 25, можно сделать вывод, что режимов ЗДОнесколько. На рисунке 25б изображена схема течения, когда струявзаимодействует со стенками канала турбулентным участком и течение повсему сечению канала, начиная от точки натекания, дозвуковое. На рисунке 25впоказанслучай,когдавсёпоперечноесечениеканалаперекрываетмостообразный скачок, течение за которым также дозвуковое.
Последующиеизмерения Рд и уровня акустического излучения показали, что данный режимсоответствует, при заданном числе Маха сопла и длине трубы, минимальномузначению Рд и минимальному уровню акустического излучения. Придальнейшем увеличении Р0 у стенки образуется косой отраженный скачокуплотнения, который преломляется на висячем скачке струи (в точке Т нарисунке 25г) и отражается от оси симметрии с образованием диска Маха (нарисунке 25г). Течение за диском Маха дозвуковое. Пристеночное течение скосыми скачками уплотнения полностью сверхзвуковое.49Поскольку использование для визуализации течения канала с плоскимистенками приводит к искажениям картины, то для уточнения структурытечения в области натекания сверхзвукового потока на стенку был выполненчисленный расчет (рисунок 27). Внимательный анализ показал, что в областинатекания картина течения существенно отличается от принципиальной схемы,изображенной на рисунке 25д, построенной в предположении, что слойсмешения на границе струи бесконечно тонкий.Рассмотрим подробнее механизм образования пристенного скачка.
Нарисунке 28 показан слой смешения с внешней границей 2 и границей струиусловно невязкого газа 1.Ма = 2; d = 15 мм; угол полураствора сопла θа = 8°;длина трубы lтр = lтр/dтр = 4,02; Р0=10 ати.Рисунок 27 – Расчет истечения струи в канал с внезапным расширением.Сечения слоя смешения можно считать плоскими ввиду малости еготолщины. Тогда в каждой точке слоя вектор скорости V может быть разложенна две составляющие: параллельную стенке и перпендикулярную ей. Перваясоставляющая отвечает за наклон линий распространения возмущений(характеристик), показанных на рисунке 28 тонкими линиями. Втораясоставляющая отвечает за распределение давления на стенке между точками А1и А на рисунке 28.501 - граница струи идеального газа; 2 - граница слоя смешения;А - точка натекания границы струи идеального газа на стенку;А1 - точка пересечения границы слоя смешения со стенкой;В - точка, в которой начинается искривление границы струипод воздействие волн давления, распространяющихся от стенки.Рисунок 28 – Искривление границы струи под воздействием положительногоградиента давления на стенке.Давление растет от А1 к А, т.е.
Рi<P3<P2<P1. Под воздействиемвозмущений, распространяющихся от стенки внутрь течения граница струиидеального газа искривляется. Можно считать, что влияние стенки начинаетсказываться, начиная с точки "B" на границе идеального газа, куда приходитпервая характеристика от области повышения давления. Чем выше давление настенке, откуда исходит очередная характеристика, тем больше искривляетсяграница идеального газа, т.е. угол наклона в точке j отличается от тогозначения, которое было бы в отсутствие стенки.Рассмотрим теперь механизм образования пристенного скачка (рисунок29).
Между границей идеального газа 1 и границей слоя смешения 2 имеетместо вязкое течение, в поперечных сечениях которого давление остаетсяпримерно постоянным, а скорость уменьшается от максимального значения награнице 1 до нуля на границе 2. Внутри слоя смешения имеется условная линияразделения потока, которая пересекается со стенкой в точке торможение "R".51Весь поток ниже этой линии разворачивается в донную область, поток вышепреодолевает положительный градиент давления и течет между стенкой играницей струи идеального газа "Ν".а)б)1 – граница струи идеального газа; 2 – граница слоя смешения; 3 – пристенныйскачок; 4 – линия максимальных скоростей течения; 5 – продолжение условнойграницы струи идеального газа, каким оно было бы в отсутствии стенки; 6 –газ, разворачивающийся в донную область; 7 – продолжение условной границыслоя смешения; 8 – продолжение линии тока; 9 – образование висячего скачка.А - точка натекания границы струи идеального газа на стенку; А1 – точкапересечения границы слоя смешения со стенкой; В – точка, в которойначинается искривление границы струи под воздействие волн давления,распространяющихся от стенки, Ν – граница идеального газа, Ν' – пристенныйскачок, α – угол Маха (угол наклона характеристики к линии тока), β – уголразворота потока, σ – угол наклона скачка к линии тока, θ – угол наклонавектора скорости.Рисунок 29 – Качественная картина (а) и механизм (б) образования пристенноговисячего скачка.Также как и на предыдущем рисунке показана точка А1 (пересечение состенкой условной линии 7, являющейся продолжением границы слоясмешения), от которой распространяется характеристика А1-В, пересекающаясяс границей идеального газа в точке "B".
Это разрывная характеристика, т.е. онаявляется газодинамическим разрывом первого порядка (до точки А1 градиент52давления на стенке был равен нулю, а на самой характеристике А 1-В онскачком приобретает положительное значение). В точке Β под воздействиемразрыва градиента давления происходит разрыв кривизны линии тока, чтоведет к зарождению на некотором удалении от точки "В" висячего скачка 3 (вточкеΙ),которыйпринятоназыватьпристенным.Искривлениеподвоздействием положительного градиента давления границы идеального газа 4(угол разворота потока β2<β1 приводит к тому, угол наклона слабого разрываувеличивается (σ2>σ1), что приводит к искривлению пристенного скачка.Любопытно отметить, что образующийся на стенке канала пограничныйслой вновь отрывается от нее (рисунок 27), что свидетельствует оположительном градиенте давления на стенке. Это приводит ниже по течениюк образованию УВС, подобной истечению струи из кольцевого сопла.Выводы п.
2.1. Таким образом, визуализация течения и уточнениеэкспериментальных данных с помощью численного расчета позволилиопределить пять типичных УВС, возникающих при истечении струи в канал свнезапным расширением.2.2 Режимы течения и зависимость донного давления при истечениисверхзвуковой струи из сопла в канал с внезапным расширениемЦель исследования – выявление режимов течения, сменяющих друг другапо мере увеличения полного давления Р0 перед соплом, установлениекачественной зависимости порядка следования режимов от геометрии сопла иканала.На рисунке 30 показаны три типичных экспериментальных графика дляструи, истекающей из сопла с Ма=3. Видно, что зависимость Рд(Р0) можетсущественно отличаться от классического вида графика, приведенного нарисунке 2.53ЗДО - режим с закрытой донной областью; ОДО - режим с открытой доннойобластью; НАР-неавтомодельный режим с закрытой донной областью; РК режим расходных колебаний; АР - автомодельный режим.Рисунок 30 – Типичный график Рд(Р0) при различных длинах канала.Представленныеэкспериментальныеданныеинтереснытем,чтодемонстрируют три различных типа графика Рд(Р0).
Существует такая длинаканала lтр=lопт (так называемая, оптимальная длина канала), при которойдостигается абсолютный минимум донного давления в канале заданногодиаметра. Именно оптимальная длина канала разделяет графики различноготипа (рисунок 30). Если lтр<lопт, то трубы короткие и вид графика соответствуетверхней кривой на рисунке 30. Если lтр>lопт, то трубы средние и длинные, и видграфика соответствует нижним кривым на рисунке 30. Видно, что могутприсутствовать или отсутствовать колебания донного давления. Переход отнисходящей ветви графика к восходящей может происходить плавно или54сопровождаться скачкообразным изменением Рд.
Чем короче труба, тем вышерасполагается нисходящая ветвь графика. При числе Маха на срезе сопла Ма=2колебания менее выражены (рисунок 31).ОДО - открытая донная область, ЗДО - закрытая донная область,НАР – неавтомодельный режим, АР - автомодельный режим,РК - расходные колебания.Рисунок 31 – Типичный экспериментальный график зависимости Рд(Р0).При больших углах полураствора сопла колебания вообще не возникают.Не возникают они и при Ма=1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
