Часть 1 (1161645), страница 78
Текст из файла (страница 78)
Наличие потерь нарушает это равенство, и полное давление в конце диффуэора всегда ниже, чем в начале: 455 5 а. дозвгковык дно вгзо1 ы После соответствующих преобразований имеем е а Рд й вед од —— —, — — 1 —— Заметим, что птд/а, =Ха представляет собой приведенную скорость в конце диффузора.
В результате получим следующее выражение для коэффициента сохранения полного давления в диффузоре: й од —— 1 — — 9дХд. й+1 (22) Сопротивление диффузора слагается из потерь на трение и на вихреобразования. Вихревые потери вызываются отрывом пограничного слоя от стенок диффузора, причины которого объяснены в гл. Ч1; они зависят от угла раствора диффузора и играют главную роль. При малых углах раствора диффузора гидравлические потери невелики, но по мере увеличения угла они возрастают. С ростом угла раствора зона вихрей перемещается от конца диффузора к его началу и при больших углах вся стенка покрыта вихревой областью.
Многочисленные эксперименты приводят к заключению, что вихревые потери в диффузоре можно оценивать как смягченное сопротивление удара (в сравнении с внезапным расширением канала) ехРд = тустртд (23 а) где потери удара (аее аед) 2 Здесь тр — коэффициент полноты удара (тр ( 1). Опыты показали'), что коэффициент полноты удара эр является функцией одного только угла раствора диффузора сс. Соответствующая зависимость для прямолинейного диффузора с круглым поперечным сечением дана на рис. 8.28. Большим углам раствора (са) 40') соответствует ф~ 1, т. е. смягчения удара нет.
При угле а = 0 имеем ту = О, т. е. удара нет. Максимальное значение коэффициента полноты удара (тр = 1,2) достигается при угле к= 60'. В этом случае потери даже больше, чем при внезапном раскрытии канала, когда т(э = 1, Объясняется это тем, что вихревая зона в прямом угле устойчива, в то время как при наклонной стенке (а = 60 ) вихревая эона периодически уносится потоком. Таким образом, дополнительные ') Абрамович Г.
Н. Аэродинамика местных сопротивлений У Труды ЦАГИ.— 1935.— Вып. 211. 486 гл. упг. Течения ГА3А В сОплАх и диФФузОРАх потери при таких углах обусловливаются затратами энергии на возобновление вихревой зоны. Обычно применяют диффузоры с углами ос= 6 — 8'. Таким значениям углов раствора соответствуют значения ф = 0,11— 0,15. В этой области не наблюдается видимого отрыва струй от стенки диффузора.
сг и гд' гр ар' яг' пы иг мт' ир'апг' Рис. 8.28. Зависимость коэффициента полноты удара от угла раствора диф- фувора круглого сечения Если пренебречь изменением плотности воздуха в пределах диффувора, то имеем ги мл Р,' подставляя это равенство в (23а), получим 1.= — "=$~ /— ' — 1 . *л'л е э а 2 В качестве примера вычислим коэффициент потерь для диффузора с соотношением поперечных сечений и' /Г. = 3 при угле раствора а.
— 8'. Можно принять для этого случая (с учетом трения) $=0,2. Тогда ьа=0,2 4=0,8, а,=1 — 0,44),д. Приведенная скорость в конце диффузора дозвукового воздушно-реактивного двигателя обычно бывает порядка Ал = 0,2 — 0,4. Тогда а, = 0,98 —: 0,94. На расчете сопротивления трения мы не останавливаемся, так как он достаточно подробно освещается в гл. 'т"1. Сопротивление безотрывного диффузора можно заметно снизить, если его стенке придать кол окоп ообраа кую форму (рис. 8.29) вместо прямолинейной. Теоретические и эксперимен- 457 9 З. ДОЗВУКОВЫК ДИЭЭУЗОГЫ тальные исследования показали, что наиболее эффективен диффузор с «предотрывным» состоянием пограничного слоя во всех поперечных сечениях. Идея предотрывного диффузора высказывалась Л.
Г. Лойцянским еще в тридцатых годах. Теоретическое выражение для контура плоского предотрывного диффузора получил впервые Г. М. Бам-Зеликович, детальное теоретическое и яятяззяяй а,Т Рис. 8.29, Колоколообразный «предотрызньш» диффузор. б — толщина пограйичного слоя зкспериментальное исследование предотрывных диффузоров различной формы (плоских, осесимметричных, кольцевых, радиальных) выполнено А. С.
Гиневским и Л. А. Бычковой'). Форма стенки предотрызного диффузора подбирается исходя из того, чтобы в каждой ее точке состояние пограничного слоя было близким к отрывному,при котором напряжение трения на стенке равно нулю. В случае турбулентного пограничного слоя (см. 9 6 гл. Ч1) несжимаемой жидкости зто означает, что параметр должен быть немного меньше значения, отвечающего отрыву (<р ( <р ). Из работы Л. А. Бычковой следует, что для плоского диффузора можно принять й 0,225, а для осесимметричного диффузора гс = 0,325. Расчет скорости потока и давления подлине диффуеора ведется иа условий сохранения массы и импульса прн постоянном давлении вкаждомаоперечномсечении. Профиль скорости в пограничном слое при предотрывном режиме (т = 0) получается в форме и!из (рlб)оз, где б — толщина пограничного слоя, из — скорость на его границе; толщина вытеснения для данного профиля скорости бе = 0,333 б; толщина потери импульса б*е = 0,1676, т.
е. формпараметр Н бе/бее 2. Расчет пограничного слоя ведется по уравнению (59) гл. Ч1 при т =О. ') Ги не вский А, С., Бычкова Л. А. Аэродинамические характеристики плоских и осесимметричных диффузороз с предотрызным состоянием турбулентного пограничного слоя у' Тепло- и массоперенос. Т. 1.— Мл Энергия, 1988; Б ыч ко з а Л. А. Экспериментальное исследование диффузорных каналов с предотрызным турбулентным течением / Ученые записки ЦАГИ.— 1970.— Т. 1, 79 5; Б ыч к о за Л. А.
Аэродинамические характеристики плоских и радиальных днффузороэ с предотрызным турбулентным пограничным слоем у Промышленная аэродинамика, зьш. 80.— Мл Машиностроение, 1973. 458 Гл. утгь твчвния ГАЗА В соплах и диФФузоглх В начальном участке диффузора, где имеется невозмущенное ядро течения, очерченное штриховой линией на рнс. 8.29, пограничный слой не заполняет всего сечения канала (Л = 26/Ь ( 1). Ня этом участке и получается колоколообразная форма стенки предотрывного диффузора. Для расчета начального участка вводится безразмерное расстояние от начального сечения диффузора $ =й' —; скорость в А ядре в долях от начальной получается нс / 2 з '1 — о,аь ис = — = ~1+ — — „! нс е где Л, = 26,/й„а ширина поперечного сечения — — 1 — Л, 1 — = В основном участке предотрывного диффузора осуществляется течение со стабилизированным профилем скорости, так как здесь пограничный слой заполняет все поперечное сечение канала.
Угол раскрытия канала в основном участке остается постоянным и равным сс = 2 агой 0,5 й' или а = 6' при й = 0,225. Для расчета куполообразного начального участка осесимметричного предотрывного диффузора в цитированной работе также получены соответствующие аналитические зависимости. Угол раскрытия основного участка предотрывного осесимметричного диффузора получается равным сс = 4' при й 0,325. Предотрывные диффузоры имеют значительно меньшую длину, чем безотрывные диффузоры с прямолинейной формой (на всей длине), и при этом потери в первых получаются заметно ниже.
Остановимся теперь на диффузорах с заведомо отрывным течением жидкости. Опыты показывают, что в диффузорах с вогнутыми криволинейными боковыми стенками при больших углах раскрытия гидравлические потери могут быть существенно меньше'), чем в диффузорах с прямолинейными стенками.
Результаты экспериментального определения потерь (включая трение) в плоских диффузорах одной и той же длины при постоянном среднем угле раскрытия я= 38'40', но с разными очертаниями боковых стенок, приводятся ниже. На рис. 8.30 представлены контуры испытывавшихся диффузоров. Первый контур — прямая, второй — дуга окружности, третий — соответ- ') И де л ьч и к И. Е.
Аэродинамика потока и потери напора е диффуворах / Сборник статей по промышленной аэродинамике/Нод ред. К, А. Ушакова.— Мл БИТИ ЦАГИ, 1947. з в. дозвгковыв диефгзогы 489 ствует постоянному градиенту давления по длине диффузора с)рЯв = сопев, четвертый — постоянному градиенту скорости йиЯх = сопеС, пятый — построен по формуле где р — безразмерное давление, определяемое из соотношения Р Р, р = —. шв р— 1 2 Наименьшее значение коэффициента сопротивления ьв = 0,24 получено для диффузоров 5 и 4 с постоянным градиентом давления и постоянным градиентом скорости. Для диффузора 5 ьв =0,26, для диффузора 2 со стенками, выполненными по дуге Рис.
8.80. Контуры испытывавшихся диффуворов окружности, получен коэффициент сопротивления ьв = 0,27, а для диффузора 1 с прямыми стенками ~в = 0,32. Таким образом, в диффузорах с постоянными градиентами давления или скорости достигнуто снижение потерь примерно на 25 % по сравнению с прямым диффузором. На рис. 8.34 представлены графики зависимости коэффициента потерь от длины (т. е. от угла х) для диффузоров типа 1 и 5. У достаточно длинных (близких к оптимальным) диффузоров этих типов разница в потерях становится малой.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
