А.Н. Иванов - Гидродинамика развитых кавитационных течений (1163198), страница 8

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

Текст из файла (страница 8)

26, а, б представлены кавитационные течения за диском. Вследствие обилия пузырьков воздуха хвостовые части каверны сильно размыты и имеют неправильную форму, а зна- Рис. 26. Кавитационнаи зона за диском чительная часть головных областей имеет правильную форму. Поскольку сопутствующий пузырьковый след оказывает второстепенное влияние на течение в целом, об эффективной длине каверны в данном случае следует судить по величине 1, а не по фотографическому изображению каверны.

Из рассмотренного примера видно, что нужно с большой осторожностью относиться к сопоставлению результатов расчетов с опытными данными в том случае, когда воздухосодержание в потоке значительно. 3 Заказ № 1аа 33 При использовании обобщенной схемы Рябушинского сравнепие результатов расчетов и опытов производят аналогичным образом. Результаты вычислений координат границ каверны по обеим схемам во многих случаях близки между собою и различаются лишь для хвостовой части каверны, что подтверждается данными расчетов обтекания пластины, приведенными в приложении работы [,12~. Однако вследствие сильных колебаний хвостовой части каверны и насыщения хвостовой области течения большим количеством пузырьков газа, затрудняющих проведение визуальных наблюдений, трудно опытным путем определить ее форму и, следовательно, отдать предпочтение какой-либо из схем. Рис.

27. Обтекание передней части пластинки идеальной и вязкой жидкостью Допугцение несжимаемости жидкости приемлемо в большинстве случаев развитых кавитационных течений, поскольку в них скорости жидкости значительно меньше скорости распространения звука в воде. Этого нельзя сказать лишь о тех кавитационных течениях, которые возникают в потоке, насыщенном газовыми пузырьками.

В этом, по существу, двухфазном набегающем потоке скорость распространения малых возмущений может быть сравнительно малой, порядка 20 м/с. Во многих случаях при расчетах развитых кавитационных течений можно пренебречь влиянием вязкости. Поскольку форма каверны определяется, главным образом, формой части твердого тела свободной от кавитации и распределением по ней гидродинамических давлений, влиянием вязкости можно пренебречь тогда, когда пограничный слой на теле достаточно тонок и нет его отрывов от поверхности тела. Гораздо сложнее обстоит дело тогда, когда на теле есть участки с большими положительными градиентами давления на внешней границе пограничного слоя.

В этом случае могут образоваться впереди каверны значительные зоны отрыва пограничного слоя, могущие существенно исказить распределение давлений по поверхности тела, а следовательно, и картину кавитационного обтекания в целом. Для иллюстрации сказанного на рис. 27 приведены две схемы обтекания плоской тонкой пластинки в направлении, перпендикулярном ее плоскости.

Случаи, отображенные ва рис. 27, а, б, различаются тем, что во втором впереди одной из основных пластинок поставлена дополнительная, совпадающая с нулевой линией тока. При обтекании потоком жидкости, лишенной трения, картина обтекания в обоих случаях будет совершенно одинаковой. В вязкой же жидкости, вследствие существования большого положительного градиента давления на дополнительной пластинке, пограничный слой оторвется от тела, и образуются две застойные вихревые зоны, схематически изображенные на рис.

27, б. Ясно, что кавитационное обтекание обеих пластин в реальных условиях будет различным. При наличии каверны пограничный слой впереди нее может отрываться даже от тел с плавными обводами. В этом случае, подробно исследованном Виджеем Х. Аракери ~63~, отрыв пограничного слоя влияет, главным образом, на положение точек присоединения передней части границы каверны к телу и, естественно, на форму каверны. Пограничный слой, сошедший с поверхности тела на границу каверны, может в некоторой степени повлиять на ее микроструктуру, вызвав, например мелкие неровности границы, однако на кавитационном течении в целом (форма кавитационной зоны и поле скоростей и давлений вблизи каверны и тела) это практически не отразится.

Что касается допущения потенциальности течения, то оно является традиционным в задачах об определении скоростей и давлений в потоке вне пограничного слоя и в специальном комментарии не нуждается. Допущение стационарности течения в значительной степени справедливо для каверн со слабо развитой обратной струйкой, так как существующие практически всегда пульсации границ каверны на всем протяжении в этом случае невелики и не влияют на течение в целом. В течениях с сильно развитой обратной струйкой имеют место заметные нестационарные движения границ кавитационной зоны и сильные колебания ее хвоста.

Вместе с тем, на фотографиях, сделанных с большой экспозицией, кавитационная зона имеет правильные очертания. Для оценки таких осредненных во времени течений могут быть использованы расчетные методы, основанные на допущениях теории развитой кавитации с учетом сделанных выше замечаний о корректности сравнения расчетных значений и фотографических изображений кавитационных зон. 5 44. Смешаннав форма кавитацин Как отмечалось в $4, смешанная форма кавитации характеризуется отсутствием фиксированных точек присоединения передней границы кавитационной зоны к поверхности тела и сильными колебаниями границ кавитационной зоны.

Колебания кавитационной зоны сопровождаются колебаниями скоростей и давлений, что приводит к возникновению нестнционарных гидродинамических сил, приложенных к телу. Нестационарное воздействие потока на тело пока еще недостаточно изучено. В отдельных случаях, например, зафиксированы колебания подъемной силы крыла, доходящие до величины, превышающей 10 % от ее среднего значения. Постановка задачи об обтекании тела в режиме смешанной кавитации затруднительна вследствие нестационарности такого кавитационного течения.

Однако оценка осредненных во времени гидродинамических сил и очертаний кавитационной Рис. 28. Смешанная форма навигации аа шаром области возможна с использованием допущений теории развитой навигации. Основная гипотеза о постоянстве давления в кавитационной зоне должна, по-видимому, с удовлетворительным приближением выполняться ввиду обилия в этой зоне парогазовых объемов, вследствие чего средняя во времени плотность содержимого кавитационной зоны будет значительно меньше плотности жидкости набегающего потока.

Большая разность плотностей обусловливает приближенное выполнение гипотезы о постоянстве давления в кавитационной зоне. Об этом свидетельствуют и результаты опытов (см. рис. 22)„проведенных с каверной длиною 200 мм, соответствующей смешанной форме кавитации. Прямые свидетельства приемлемости допущения непроницаемости границ кавитационной зоны трудно получить. Однако косвенные суждения .о его приемлемости могут быть сделаны на основе сравнения измеренных осредненных во времени значений координат границ кавитационной зоны с расчетными.

На рис. 28 представлена смешанная форма кавитации за шаром. Изображение, полученное при фотографировании с большой экспозицией, дает представление об осредненном во времени контуре меридпонального сечения кавитационной зоны. На этом же рисунке линией показан контур меридианального сечения, полученный путем расчета. Как видно из рисунка, соответствие опытных и расчетных данных можно считать вполне удовлетворительным.

Приведенная на рис. 28 фотография свидетельствует также о большом внешнем сходстве развитых и осредненных во времени смешанных кавитационных течений, характеризующихся правильностью и плавностью границ кавитационных зон. При этом границы кавитационной зоны кавитации смешанной формы более размыты по сравнению с границами каверны, соответствующей развитой кавитации. Другим признаком, объединяющим указанные формы кавитации, является наличие обратной струйки.

Эта струйка для режима смешанной формы кавитации фиксировалась, например, в опытах, описанных в работе [32). $ т2. Искусственная кавнтацня Термин кискусственная кавитация», принятый некоторыми специалистами [27], характеризует кавитацию, при которой каверна создается и поддерживается за счет подачи газа извне в поток жидкости. Этому термину соответствует термин «вентиляция», широко распространенный в зарубежной литературе.

Для теоретического описания развитой формы искусственной кавитации остаются в силе рассмотренные в з 10 допущения. Вместе с тем могут быть отмечены некоторые специфические особенности искусственной кавитации, отличающие ее от первой и вызванные способом и условиями создания и поддержания каверны. 1, Поскольку искусственная каверна заполнена газом, который в воде слабо растворяется, от ее хвостовой части вниз по потоку всегда распространяется ярко выраженный след, состоящий из пузырьков газа, или же полых вихревых шнуров, по которым, как по трубам, уносится из каверны газ. Последняя форма выхода газа подробно изучалась Р.

Характеристики

Список файлов книги