Диссертация (1149877), страница 8
Текст из файла (страница 8)
Для исследования данного факта былипроведены дополнительные расчеты и экспериментальное исследование струй,истекающих из сопла с θа=40° и сопел с Ма=1. Результаты показали, что струи,истекающие из таких сопел, имеют похожую форму, большой угол раскрытияпервой бочки, а соответствующие им экспериментальные графики Рд(Р0) оченьблизки.55График зависимости Рд(Р0) удобно использовать для построенияклассификации режимов.
При истечении в длинные каналы на графикеприсутствуют все режимы (рисунок 32, [5]), но, если канал очень длинный, торежим ОДО не выражен явно.ОДО - открытая донная область; А1 - переходный режим междунеавтомодельными и автомодельным режимом; АР - автомодельный режим сзакрытой донной областью; НАР - неавтомодельный режим с закрытой доннойобластью; С1 - стохастические колебания с ОДО, предшествующие переходу кНАР; С2 - стохастические колебания с ЗДО, предшествующие переходу крежиму расходных колебаний; СК - составные колебания; ПГК псевдогармоничсеские колебания; РК - релаксационные колебания; ПП1 переходный процесс между режимом ОДО и НАР; ПП2 - переходный процесс,отвечающий началу расходных колебаний; ПП3 - переходный процесс,отвечающий окончанию расходных колебаний.Рисунок 32 – Типичные графики зависимости Рд(Р0)в случае длинных каналов.Почти сразу начинается режим ЗДО.
При умеренных углах конусностисопла между режимами ОДО и НАР лежит область расходных колебаний (РК).Следует отметить, что на автомодельном режиме донное давление зависит от56полного давления линейно, причем прямая линия проходит через началокоординат, что соответствует постоянной нерасчетности струи. Именнопоэтому данный режим и получил название автомодельного. Все остальныережимы являются неавтомодельными, т.е. течение в канале зависит от условийвокружающейсреде.Видныинекоторыепереходныепроцессы,сопровождающие смену основных режимов, рассмотренные ниже.
В короткихканалах и каналах средней длины отсутствует режим расходных колебаний(рисунок 33, [5]), автомодельный режим сразу следует за режимом с ОДО(короткие каналы) или за неавтомодельным режимом с закрытой доннойобластью.ОДО - открытая донная область, АР - автомодельный режим с закрытой доннойобластью, АРХ-автомодельный режим с Х-образной структурой скачков иминимальными размерами дисков Маха, НАР - неавтомодельный режим сзакрытой донной областью, С1 – стохастические колебания с открытой доннойобластью, ПП1 - переходный процесс между режимом ОДО и НАР, ПП4 переходный процесс между режимом НАР и АР.Рисунок 33 – Типичные графики зависимости Рд(Р0) в случае коротких (1) исредних (2) каналов.57На рисунке 34 [5] показана последовательность смены режимов приувеличении Р0 для коротких, средних и длинных каналов.Рисунок 34 – Классификация режимов течения сверхзвуковой струи в канале свнезапным расширением.Все режимы можно разделить на стационарные (ОДО, НАР и АР) инестационарные.
Последние, в свою очередь, могут быть разделены напереходные (ПП1-4) и колебательные. Если зафиксировать полное давление Р0,то на переходных режимах Рд изменяется в течение некоторого промежуткавремени.Либопереходиткновомуустойчивомуположению,либо58начинаются/заканчиваютсянизкочастотныерасходныеколебанияРд.Подробный анализ экспериментальных данных показал, что встречаютсяколебания пяти видов: два вида высокочастотных стохастических колебаний(С1 и С2), и три вида низкочастотных расходных колебаний (СК-составные,ПГК - псевдогармонические и РК - релаксационные).Выводы п.2.2. Проведенное исследование выявило, что график Рд(Р0)существенно отличается для коротких и длинных каналов.
Он сложнееизвестного из литературы типичного графика Рд(Р0) и, по сравнению с ним,содержит большее количество типичных режимов, которые могут быть какстационарными, так и нестационарными - переходными и колебательными.2.3 Определение границ режимов течения сверхзвуковой струи в канал свнезапным расширением, анализ режима предельной нерасчетностиГрафик изменения донного давления Рд = f(Р0) можно условно разделитьна нисходящую и восходящую части (рисунок 35).
Граница разделения частейграфика на нисходящую и восходящую соответствует минимальному донномудавлениюРд,определяемомусочетаниемконструктивныхпараметровустановки (Mа, ϑа, 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 и самоенизкое из всех Р0, т.е.
такое полное давление, при котором достигаетсямаксимальное разрежение в донной области Рд.59Рисунок 35 – Зависимости Рд от Р0 при различных длинах канала lтр.Картина течения. Анализ теневых фотографий и сравнение их сэкспериментальными графиками зависимостиРд от Р0 показали, чтоминимальному Рд соответствует УВС, которая изображена на рисунке 36.Рисунок 36 – Схема УВС, соответствующая минимальному Рд.Для уточнения картины течения были выполнены численные расчеты при двухразличных диаметрах канала ("широкий" канал на рисунке 37 и "узкий" нарисунке 38). На рисунок 38 показан момент, когда полное давление чутьбольше Р0, соответствующего режиму минимального данного давления.
Видно,что за большим мостообразным скачком (диском Маха) образуется кольцевойпрямой скачок. При плавном уменьшении Р0 этот скачок приближается к60основному мостообразному скачку, возникающая при этом картина теченияпоказана на рисунок 37.Рисунок 37 – Результаты расчета течения в "широком" канале. Ма=2, θа = 30°.Рисунок 38 – Результаты расчета течения в "узком" канале.Ма=2, θа = 30°, Р0 = 9 ати.Когда кольцевой скачок совмещается с диском Маха, происходитнарушение условий динамической совместности в тройной точке, образованнойвисячим скачком струи, диском Маха и отраженным скачком. Это приводит кслиянию кольцевогоскачка и дискаМаха в один прямой скачок,перекрывающий все поперечное сечение струи.
Именно этот момент отвечаетминимальном Рд. При увеличении Р0 трансформация УВС происходит вобратном порядке.61Оптимальная длина канала. Для отыскания lтр_опт все серии исследованийпроводились, начиная с канала максимальной длины lтр = 27dтр, а затем послекаждой продувки производилось его укорочение путем отвинчивания секцийили перемещения канала по сопловому блоку. При обобщении результатовкаждой серии продувок на одной сопловой компоновке были построеныграфики такого вида, как на рисунках 39-41.На этих графиках линиями I, II и III соединены характерные точки,соответствующие началу и окончанию колебательного режима (точки I и III) ссоответствующими значениями Р0 и Рд, и точки II, соответствующиеминимальному донному давлению.
Графики показывают, что существует такаядлина канала, при которой донное давление имеет наименьшее из всехминимальных значений. Такая длина канала названа оптимальной. Этой жедлине канала соответствует и самое низкое полное давление Р0, определяющеесамое низкое полное давление, при котором происходит переход отнисходящего участка графика Рд(Р0). Анализируя графики, приведенные нарисунках 39-41, можно сказать, что в зависимости от длины канала происходитсмещение характерных величин полного Р0 и донного Рд давлений в сторону ихуменьшения с укорочением длины канала.
Это происходит до достиженияlтр=lтр_опт, затем начинается увеличение характерных значений давлений.Предельная нерасчетность. На рисунках 39-41 пунктирными линиямипоказаны зависимости характерных нерасчетностей (нерасчетность n=Ра/Рд, гдеРа - давление на срезе сопла) nI , nII, nIII = f(lтр).62а)б)Рисунок 39 – Зависимости характерных значений полного давления Р0(а) идонного Рд(б), соответствующих началу (I) и окончанию (III) расходныхколебаний и режиму минимального донного давления (II).63а)б)Рисунок 40 – Зависимости характерных значений полного давления Р0(а) идонного Рд(б), соответствующих началу (I) и окончанию (III) расходныхколебаний и режиму минимального донного давления (II).64а)б)Рисунок 41 – Зависимости характерных значений полного давления Р0(а) идонного Рд(б), соответствующих началу (I) и окончанию (III) расходныхколебаний и режиму минимального донного давления (II).65Как иллюстрируют графики n=f(Mа) на рисунок 42 максимальнуюнарасчетность обеспечивают сопла с θа = 8° при всех числах Маха, а самуюнизкую - сопла с θа = 40°.Рисунок 42 – Зависимость предельной нерасчетности от числа Маха.Особенностями всех этих зависимостей является автомодельность(независимость от значений полного давления и давления в окружающей среде)n по длине канала для lтр > lтр_опт.
Следует обратить внимание на расслоениезначений n в зависимости от θа и Mа. Так сопла с θа = 8° обеспечивали самыеглубокие разрежения в донной области, а сопла с θа = 40° имели самые высокиезначения Рд (II). Наибольшее расслоение зависимостей соответствует диапазону66чисел Mа=2-3, а затем начинается плавное сближение зависимостей предельныхнерасчетностей nII для всех сопел. Для каждого сочетания числа Маха сопла МаиуглаполураствораопределеныпредельныезначенияР0иРд,соответствующие минимуму Рд, а также предельная нерасчетность и lтр_опт(таблица 1).Таблица 1. Предельные значения режимных параметровMаθаР0IIРд IIlтр опт1069,00,1641,82062,00,123,32856,80,072,01562,00,102,953064,00,1352,94066,00,1502,50---854,50,0355,651556,00,0404,953062,00,0903,654066,00,1253,05053,0--853,0-7,341552,0-6,433057,00,0576,434062,50,1044,62063,50,032-860,00,0287,261556,00,036-3061,00,0904,664066,00,1354,5334567Анализируя данные таблицы 1, можно сделать вывод, что, чем большеМа, тем больше оптимальная длина канала.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
