Г.В. Липман, А. Рошко - Элементы газовой динамики (1161618), страница 31

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 31)

Они могут быть определены посредством измерения начальной температуры торможения Т„если воспользоваться соотношением для совершенного газа, а3 = уйто. Если впереди точки измерения в потоке имеет место приток тепла, или если эта точка находится в области неравновес- на двух боковых поверхностях. С помощью диаграмм скачка можно построить графики изменения отношений Рь + Ра Рь Ра 2Ра 2Ра в зависимости от числа Маха для данного клина с углом при вершине, равным 20, и для различных углов наклона потока а. После этого измерение величин р, и р, позволяет определить как число Маха, так и угол наклона потока.

В случае клиньев с малыми углами при вершине и малых углов наклона можно воспользоваться приближенными соотношениями для косого скачка (и. 4.7) для представления вышеупомянутых функциональных зависимостей в простой замкнутой форме. Число Маха и угол наклона потока можно определить также и посредством измерения углов наклона ударной волны. Этот способ оказывается обычно не столь точным и не столь удобным, как способ, связанный с измерениями давления. В.7. Ивмерепил температуры и аеплопередачи 185 ного режима, например в пограничном слое, или, наконец, если измерение производится с самолета, то необходимо измерить местное значение температуры Т,.

Эта проблема рассматривается в следующем пункте. Определение скорости по значениям давлений требует измерения трех местных параметров: р, ро и Т,. Как уже говорилось ранее, в некоторых частных случаях можно избежать одного или двух из этих видов измерения, если использовать значения параметров в успокоительной камере.

При определении профилей скорости в пограничном слое можно считать обычно, что давление р постоянно во всем слое; следовательно, его можно измерить с помощью отверстия на поверхности. Методы непосредственного измерения скорости связаны главным образом с техникой трассирования движения жидкости; в качестве средств для такого трассирования используются, например, ионы или светящиеся частицы. Эти методы применяются редко, в первую очередь из-за некоторых трудностей технического характера, а также и потому, что они не обеспечивают измерения местных значений, а лишь регистрируют время прохождения трассирующей частицей некоторого конечного расстояния. В других методах используются элементы, чувствительные к изменениям скорости и подлежащие тарировке.

Один из таких элементов, термоанемометр, рассматривается в п. 6.19. 6.7. Измерения температуры и теплопередачи В настоящее время не существует метода, который позволял бы производить непосредственное измерение статической температуры Т движущейся жидкости. Температура, показываемая любым погруженным в жидкость термометром, выше температуры Т, так как в образующемся около термометра пограничном слое она возрастает от статической (на границе слоя) температуры Т до температуры заторможенного потока Т, на поверхности. В общем случае температура Т„будет различной на разных участках поверхности и зависит от геометрической формы, числа Рейнольдса и т.

д., а термометр покажет среднюю температуру заторможенного потокае). Температура Т может быть определена косвенным путем, по измерениям давления и плотности и с учетом уравнения состояния; если течение происходит в изэнтропических условиях, то достаточно измерить какой-либо один из указанных параметров. Независимое от знания других параметров и непосредственное определение температуры можно осуществить с помощью ') В принципе можно было бы осупсествить и непосредственное измерение статической температуры, заставив териометр двигаться вмеспи с жидкостью.

Гл. б. Мелыды измерений 186 измерения скорости звука а, пользуясь соотношением од= у)сТ. (б.б) Значение а определяется путем создания в потоке слабых пульсаций давления (звуковых волн), имеющих известную частоту, фотографирования их с помощью одного из описанных ниже в этой же главе оптических методов и измерения расстояния между пульсациями (длины волны).

При измерении длины волны должна быть принята во внимание скорость жидкости, по отношению к которой распространяются пульсации. Это затруднение, а также и то обстоятельство, что приходится осреднять измеряемые расстояния, препятствуют пока что сколько-нибудь широкому распространению этого метода. об Яоааирущабт боиодноо о чооаоаио Ф и г. 69. Схема насадка для измерения полной температуры. зе оаа о о резо в. ви лов Пе~зк~ао в. и., г. лаос глео ее Неец, тзп. Измерение температуры торможения, или полной температуры Т„в принципе не является сложным.

Температура внутри насадка Пито, где поток приводится в равновесное состояние покоя, должна быть равна температуре торможения как при дозвуковом, так и при сверхзвуковом течении и могла бы быть измерена с помощью помещенного внутри насадка термометра. Возникающая при этом трудность связана с тем, что в действительности равновесия не существует, так как и сам термометр и стенки насадка служат проводниками (а также излучателями) теплас).

В силу этого температура заторможенной жидкости принимает значение Т„меньшее чем Т,. Оно зависит от конфигурации насадка, теплопроводности стенок, значений параметров потока у наружных стенок и т. д. . Фиг. б9 демонстрирует один из вариантов насадка для измерения полной температуры, в котором в качестве чувствительного элемента используется термопара. Наконечник и державка кон- т) Этв отклонение от термического равновесия влияет только на температуру и плотность, не ие не давление. б.7. Иемереппя температуры и пмплопередаеп 187 струируются так, чтобы свести к минимуму тепловые потери за счет теплопроводности и излучения. С целью частичного восполнения потерь энергии создается возможность слабого течения внутри насадка через выводное отверстие. Такая конструкция позволяет получить значения коэффициента восстановления тг — т, г= г т.— т, очень близкие к единице. В связи с тем, что этот насадок является тарируемым прибором, еще более важной оказывается получаемая возможность поддержания постоянного значения коэффициента г в весьма широком диапазоне изменения всех параметров.

Для исследования профилей пограничного слоя может применяться насадок с отверстием сплюснутой формы, подобный описанному в п. 6.3 насадку Пито. Принимая во внимание, что насадок для измерения температуры является тарируемым прибором, следует учесть и возможность применения значительно более простого тарируемого насадка в виде тонкой проволоки высокого электрического сопротивления, установленной перпендикулярно направлению потока. Температура проволоки может определяться посредством измерения ее сопротивления (см. п. 6.19). Для измерений температуры стенок в связи с решением задач теплопередачи или пограничного слоя могут применяться такие измерительные средства, как термопары или проволоки высокого сопротивления, вставляемые в поверхность.

Главнейшее из предъявляемых к таким устройствам требований состоит в том, чтобы данное устройство не изменяло тех условий теплопередачи, какие имели бы место в его отсутствии. С помощью нескольких термопар, вставляемых в стенку на различных расстояниях от поверхности, можно получить количественные данные о температурном градиенте') и определить местный приток тепла к поверхности. Другой метод измерения теплопередачи между стенкой и жидкостью — это метод переходного режима, в котором скорость изменения температуры некоторого участка стенки служит мерой теплопередачи через поверхность. При этом должна быть известна теплоемкость материала стенки и необходимо свести к минимуму теплопередачу через участки стенки, не включаемые в исследуемую поверхность, или же учесть влияние этой теплопередачи (см. упражнение 6.5).

) См. работу Лобба, Винклер и Перша 1Е.оЬЬ, %1п1с!ег, РегвЬ, ,г. Аегепаие. зе1., 22 (1955), 1). Гл. в. методы иамсрениа 188 6.8. Измерения плотности Если, кроме давления р, измеряется также и плотность о, то эти измерения могут дать обширную информацию о состоянии потока. Например, с помощью измерения величин р, р, и е в дан- ной точке можно определить все другие параметры йотока, что производится следующим образом. Скорость звука вычисля- ется по формуле а = в — » 1! гр 1е а скорость потока определяется, как и=аМ, причем число Маха выражается здесь через отношение давлений [формула (6.2)].

Местные значения Т и Т, определяются с по- мощью формул — '= 1+ ~ М'. Т 2 В данном примере измерение плотности дополняет измерения давления, но иногда оно является и единственным измерением, которое нужно выполнить. Например, в изэнтропическом течении (во всем поле которого известны значения р, и Т,) измерение плотности позволяет определить давление и чйсло Маха с помощью формул (6.7) Методы измерения или визуализации поля плотностей почти всегда связаны с влиянием плотности жидкости на один из видов электромагнитного излучения.

Совокупность этих методов может быть подразделена на такие широкие классы, как методы, связанные с показателем преломления (оптнческие методы), со свойствами поглои)ения и свойствами излучепия соответственно. Из всех перечисленных классов оптические методы являются пока что лучше всего разработанными и наиболее широко применяемыми. Им и посвящаются пункты, следующие за данным; другие методы кратко разбираются в п.

Характеристики

Список файлов книги