Диссертация (1149877), страница 9
Текст из файла (страница 9)
Эта закономерность вполнеестественная, т.к. с увеличением Ма увеличивается длина первой бочки струи.А вот предельная нерасчетность с ростом Ма падает, т.е. интенсивностьцентрального скачка уменьшается.Выводып.2.3.Наибольшаяинтенсивностьцентральногоскачкауплотнения в канале с внезапным расширением достигается на режимепредельной нерасчетности. Для каждого типа сопла и диаметра каналасуществует своя оптимальная длина канала, которая обеспечивает абсолютныймаксимум нерасчетности.
Предельная нерасчетность, при прочих равныхусловиях, монотонно уменьшается с увеличением Ма сопла. Зависимость отугла полураствора сопла θа более сложная. Максимальная нерасчетностьдостигается при θа = 8°.2.4 Низкочастотные колебания при истечении сверхзвуковой струи изкруглого сопла Лаваля в канал с внезапным расширениемНа нисходящей ветви графика Рд(Р0) при истечении струи в длинныеканалы и каналы средней длины, имеются области колебательных режимов(рисунок 43). Все типы колебаний и переходных процессов являютсянеавтомодельными. Их протекание сопровождается гистерезисом параметровпри увеличении и сбросе Р0.68Рисунок 43 – График зависимости донного давления Рд от Р0 при наличиирежима колебаний.Рассмотрим теперь подробнее наиболее сложное явление, возникающее вканале с внезапным расширением потока - низкочастотные колебания.Проведенные исследования на холодном воздухе показали существование этогорежимассоответствующейсверхзвуковойструивакустическимизлучением,емуканале.чтоперестройкойКолебанияшироковолновойсопровождаютсяиспользуетсявструктурымощнымразличныхтехнологических установках в области металлургии и упрочнения изделий изметаллов.
На рисунке 44 приведен характерный график зависимости донногодавления от времени на режиме низкочастотных колебаний.69Рисунок 44 – Колебания донного давления. Ма=3, ϑа = 8°.Захарактерныйвидтакойтипколебанийполучилназваниепсевдогармонических. Забегая вперед, укажем на тот факт, что этонеединственный выявленный тип колебаний. Существует еще два типаколебаний, которые отличаются формой колебательного цикла.Автоколебательный режим является существенной особенностью теченияв канале с внезапным расширением. Амплитудно-частотная характеристикаопределяетсямногочисленнымиконструктивнымиитехнологическимипараметрами установки. Эксперименты в газодинамической трубе с открытойрабочей частью, проходили в режиме управления темпом повышения полногодавления Р0 в ресивере. Скорость повышения давления обычно составляла 5-7атм/с.
При таком темпе повышения давления Р0 обычно успевали развитьсяустойчивыеколебаниядонногодавления,послеокончаниякоторыхустанавливалось минимальное донное давление. Обычная продолжительностьпродувки составляла 25 - 40 с. Мгновенные значения Р0 и Рд записывались надиск с шагом по времени 10-4 с, в результате чего получался график,изображенный на рисунке 45. В нескольких продувках в донной области70ставилось 4 датчика давления. Это позволило бы идентифицироватьазимутальные и несимметричные относительно оси симметрии колебания, еслибы они возникали. Были также проведены исследования колебаний приразличных Ма и θа. Изменение конструктивных параметров, особенно, длинытрубы существенно влияет не только на изменение амплитуды колебаний, но ина границы колебательного режима.Так на рисунке 45 приведена осциллограмма для случая истечения изтакого же сопла, как и в эксперименте, изображенном на рисунке 43, но длинатрубы увеличена на 10%.
Видно, что характер колебательного режимаизменился, появилась и область гистерезиса правее режима низкочастотныхколебаний.Рисунок 45 – График зависимости донного давления Рд от Р0. при наличиирежима колебаний.Нижеизлагаютсяосновныеисследования колебательного режима.результатыэкспериментального71Наличие и отсутствие колебаний. Проведенные исследования нахолодном воздухе показали существование этого режима с соответствующейему перестройкой волновой структуры сверхзвуковой струи в канале присредней и большой длине канала.
В коротких трубах колебания не возникают исразу за режимом с ОДО следует НАР с ЗДО (рисунок 46). При числе Махасопла Mа = 1,0-1,5 колебательный режим не возникает, либо существует в оченьузком диапазоне полных давлений в ресивере перед соплом. У сопловойкомпоновки θа = 30-40° низкочастотный автоколебательный режим тоже нереализуется, хотя в момент прилипания участка струи ниже первой бочки(переходным или основным участком) отмечалось в экспериментах импульсноеснижение донного давления, в большинстве случаев, инициирующее на другихсоплах возникновение колебательного режима (рисунок 47).
Подобные струипо форме первой бочки очень похожи на струи, истекающие из сопел с Mа=1,01,5.Рисунок 46 – График зависимости донного давления Рд от Р0 в отсутствиережима колебаний. Короткий канал.72Рисунок 47 – График зависимости донного давления Рд от Р0 в отсутствиережима колебаний. Средний канал, угол полураствора сопла большой.Форма УВС струи в различные фазы колебательного цикла.
Поведениеструй, истекающих из сопел с Ma>2 при умеренных угла полураствора сопла идостаточной длине трубы, отличается тем, что перестройка волновой структурысопровождаетсяколебательнымизменениемдонногодавленияипульсирующим движением волновой структуры внутри канала, проходящей вовремя пульсаций последовательно фазы от максимального раскрытия границыструи с натеканием на стенку канала, что соответствует максимальнойнерасчетности цикла, до истечения свободной сверхзвуковой струи, иногда некасающейся стенок канала.Проверка различных гипотез о природе колебаний. Ранее выдвигалисьразнообразные гипотезы о природе колебаний и причинах их возникновения.
Витоге проведенного исследования выяснилось, что струя в канале не совершаетазимутальных и крутильных колебаний. Не существует также боковыхколебаний, подобных тем, что наблюдаются в плоском случае, когда поток73прилипает то к одной, то к другой стенке. Не подтвердилась и акустическаятеория, утверждающая, что за возникновение и поддержание колебанийотвечают волны сжатия, распространяющиеся в донную область из областинатекания границы струи на стенку и вызывающие, по мнению рядаисследователей, возмущение потока у кромки сопла. Эксперименты показали,что низкочастотные колебания имеют частоту на порядок меньшую, чемпредсказывает акустическая теория, а сами они могут возникать и в случаенатекания на преграду струи, находящейся в сверхзвуковом спутном потоке,когда акустическая обратная связь отсутствует по определению.В процессе колебаний течение остается строго осесимметричным,пространственные эффекты не имеют существенного значения.Колебания носят квазистационарный характер, т.е.
газодинамическиефункции Fд не зависят явным образом от времени, а определяются толькодонным давлением, которое, в свою очередь, зависит от расхода газа,эжектируемого из донной области и втекающего в нее. Если взять Рд и Р0,соответствующие какой-либо точке колебательного цикла, рассчитать по этимданным геометрию ударно-волновой структуры струи, как в стационарномслучае, и сравнить её с фотографиями, то совпадение будет хорошим.Колебания при увеличении Р0 всегда возникают с отличной от нуляамплитудой, причем первый цикл начинается с уменьшения Рд. При этомнизкочастотнымколебаниямпредшествуетпереходныйрежим,когдастохастические колебания модулируются (рисунок 48) и амплитуда их растет∼t1/2, что дает основание говорить о существовании субкритическойбифуркации Хопфа от стационарного положения к предельному циклу, чтополностью соответствует квазистационарной модели колебательного цикла сдвумя стационарными положениями: устойчивым и неустойчивым.
Видно, чтоформа колебаний на переходном режиме похожа на форму колебательногоцикла основных низкочастотных колебаний, но переходные колебания74происходят при полностью закрытой донной области. В начале же цикланизкочастотных колебаний происходит раскрытие донной области и затеканиев неё воздуха окружающей среды.Рисунок 48 – Начало колебательного режима. Показан фрагментпродолжительностью 0,75 с. Ма=2, длинная труба.Механизм возбуждения и поддержания колебаний – расходный. Другиефакторы не имеют принципиального значения. В канале с соплом Ма=1колебания в обычных условиях не возникают, либо существуют в очень узкомдиапазоне параметров и носят неустойчивый характер.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
