В.В. Рождественский - Кавитация (1163223), страница 30
Текст из файла (страница 30)
А. Эпштейна и расчетные данные, полученные по формулам $1 этой главы (72). Экспериментальные н расчетные данные для шара и конуса удовлетворительно согласуются. Результаты'расчетов для шара относились к обтеканию его в трубе круглого поперечного сечения, а приведенные на рис. у'.16 данные получены путем экстрарад поляции на условия обтекания шара без- граничным потоком. 60 На рис. У.17 приведены зависимости коэффициента сопротивления шара и кота нуса от числа кавитацнн.
Экспериментальные и расчетные зависимости для шара, полученные по формулам (Ъ'.3.13) и Г (у'.3.14) также удовлетворительно согла- О О,г ог СуЮтея. гс На рис. У.18 приведены эксперименРис. ТЛВ. Зависимость тальные и расчетные данные о положении Угар йо От чввгв ввввтв точек отрыва каверны от поверхности ша- ра, определяемого углом рг (отсчитываег — по формулам г ! гл. у; МЫМ ОТ ПЕРЕДНЕЙ КРИТИЧЕСКОЙ ТОЧКИ) В наг — эвапервмеит 17вв висимости от числа кавитации" 11РИ лых числах кавитацин согласование расчетных зависимостей с данными Л.
А. Эпштейна можно считать удовлетворительным. С ростом числа кавитации в эксперименте заметна увеличение угла отрыва каверны, тогда как расчеты показывают сравнительна слабое его увеличение. Глава Ч1 ИСКУССТВЕННАЯ КАВИТАЦИЯ $1. Физические основы искусственной кавитации Во введении уже было сказано о том, что развитые кавитацион-::;;„ ные течения можно получить, вдувая воздух или другой газ:!::,, в область разрежения за плохообтекаемым телом.
Прн экспери- ';.'."' ментальных исследованиях в качестве таких тел широко используют простейшие тела: пластины, клинья, круглые цилиндры,,- шары и конусы. При многих экспериментальных исследованиях осесимметрич- -"::,:, ных кавитационных течений в качестве тел (кавитаторов), за ко-:-'.: торыми образуется каверна, приняты диски, сферические и эллип- ',,';.,' тические головки. Эксперименты позволяют выявить ряд особен-:.'- ностей кавитационных течений: таких, как нестационарность, влияние весомости, а также установить зависимости между расходами газа, числамн кавитацни и Фруда, коэффициентом сопротивления воды н числами кавитации.н т. д.
Каверна, образованная за диском, при определенных числах::.: Фруда имеет на большей части своей длины гладкую прозрачную '*„; поверхность (рис. Ч1.1). Однако это свойство существенно зависит:"~', от степени турбулентности потока. При повышении турбулентности потока (например, путем его искусственной турбулизации) ;:: на поверхности каверны, образованной за диском, появляются высокочастотные колебания — волны (рис. Ч1.2).
На поверхности сферических и эллиптических кавитаторов есть пограничный слой, который вблизи точки отрыва каверны разрушается и служит ? источником возмущения поверхности каверны. На небольшом участке длины за точкой отрыва каверна имеет гладкую н прозрачную поверхность течения. Однако сразу же за этой областью ':", появляется система поверхностных волн с амплитудой, возрастающей вниз по потоку. Ряд исследователей предполагает, что эти волны возникают вследствие роста неустойчивости отделенного пограничного слоя кавитатора. Эксперименты показывают, что для сглаживания поверхности каверны необходимо обеспечить устойчивость ламинарного 211 числа Фруда Гг„= — для круглых дисковых и сферических кави- ~/00 таторов; Гг =- — для дисковых эллиптических кавитаторов.
)Гз)~ Ь Кроме того, безразмерный расход зависит также и от коэффициента сопротивления, определяемого формой кавитатора (конус, диск, шар, эллипсоид). Ггдмбя При относительных погруже00— ниях Н ъ 4 безразмерный расход не зависит от глубины погружения: 4 — -— С, = — С, (х, Гг, С„). ,Гтхм0,0 Для кавитаторов определенной формы расход С зависит только от двух параметров: х тга=о,р и Гг.
На рис. Ч1.3 даны зависимости СО 1х) при разных числах Гг, полученные Л. А. Эпштейном о 1731 для дисков. о Там же нанесены эксперименв тальные точки — результаты работы Клайдена и Кокса 11081. Как видно, результаты испы- таний дисков разных диаметров У хорошо согласуются между собой. Для выявления влияния фор- 0 0,1 0,2 зс мы кавитатора на безразмерный расход газа СО на рис. Ъ'1.4 при- рис. у!.3. Зависимости иозФФи- ведены результаты экспериментов хавитапии х при постоянных Пнсита РаСХОДЛ ГаЗа СО Ст "НСЛа с конусами, имеющими различный числах фруда, полученные для угол РаствоРа р =- 45, 90 и диена. 180' (диск). Видно, что с увеличе° вЂ” Л Пкт мм; Π— и .
19 мм; ННЕМ УГЛа и ПРН ПОСТОЯННОМ ЧИСЛЕ н == за 4 "". кавитации х расход СО резко возрастает. При исследовании искусственных каверн, образованных за кавитаторами, сделано много замеров силы сопротивления и определена зависимость С„ (х). На рис. Ъ'1.5 дана зависимость С„ (х) для конусов при вариации угла р. Нз рис. Ч1.5 видно, что в диапазоне чисел кавитации 0 =.х 0,3 для диска См (х) — — линейная зависимость. Результаты экспериментов 1841 в диапазоне чисел 0 .«:- х =- 1,5 показывают, что с возрастанием числа кавитации, 214 начиная с х == 0,5, зависимость С, (х) становится нелинейной, она хорошо аппроксимируется формулой: С = — — С, (1-1-х) прн х ~0,5, С„= — С, (1 + х + 0,028х') при х ( 1,5 (где Саа = 0,8053 — коэффициент сопротивления при х =- О). Зависимость коэффициента сопротивления от чисел кавитацни для эллиптических плоских ка- Г""-7~ ага†%»- йп~ ага о,1у дур х Рис.
Н!.4. Зависимость коэффициента расхода газа Со от х дли каверны, образованной за конусом при различнык р. — — - 5=45.; — — --14=9ОЦ вЂ” 5.= ~во'. Рис. Н!.о. Зависимость коэффициента сопротивленви С от числа кавитацин х при разлнчнык углах р. 1 — а = !89', пластинка; т — Г =- = 99',— конус: д — 5 = 45, — «онус. ° — И = 195 мм; Π— и =- 85 мм. витаторов была экспериментально исследована И. Т. Егоро:вым.
Результаты испытания (паровая и воздушная каверны) приведены на рис. Ч!.6. Как видно, для насадков этого типа функция С, (х) так же, как в рассмотренном выше случае при значениях х — ' 0,5 имеет зависимость, близкую к линейной, а при значениях х > 1,5 коэффициент сопротивления остается постоянным. Эксперименты показывают, что при осесиммегричном кавитационном обтекании полуэл.нипсоидов вращения коэффициент сопротивления возрастает с увеличением отношения а/Ь, где а— длина большой полуоси; Ь вЂ” длина малой полуоси.
Такие эксперименты были проведены М. Ю. Цейтлиным !65) с насадками, имеющими различные значения а/Ь (рис. Н1.7), при числах Фруда Рг„:= — — 6,52; 7,83, 9,13 и погружении $'а~ оси эллипсоида на глубину около пяти его диаметров. На рис. Ч!.7 даны экспериментальные зависимости С, (х) при отноа15 шениях а!'Ь = 0,25; 0,50; 1,0; 2,0. Эти кривые показывают, что с увеличением чисел Фруда коэффициент сопротивления падает. Эксперименты на зллипсоидах позволили также приближенно устаяовить положение точка отрыва струй. Влияние гравитационных сил при кавитационных течениях проявляется в том, что ось каверны деформируется и ее хвостовая часть всплывает: Сила плавучести каверны уравновешивается Ох 7з ОО ОО О ОО 7,О 7,6 х Рис. Жб. Зависимость коэффициента сопротивлеиия от числа кавитации для эллиптических .плоских кавитаторов.
— — расчет для пластины бесконечного размаха. Значения Ып: Π— 7; Π— 2: Π— М Х вЂ” 4; ° — 1 (с поддувом воздуха). подъемной силой, обусловленной циркуляцией, и поэтому деформация и всплывание каверны зависят от скорости потока. Эксперименты с искусственной каверной хорошо иллк7стрирует это явление. На рис. Ч1.8 даны различные стадии образования каверн за круглым диском при изменении скорости потока.
Как видно, при малых скоростях потока в результате подачи воздуха за диск образуются всплывающие пузыри; с увеличением скорости формируется каверна, несимметричная .относительно оси диска; прн дальнейп!ем увеличении скорости несимметрия каверны уменьшается. Некоторые способы позволяют уменьшить всплывание каверны, обеспечить бесциркуляционное кавитационное обтекание тела: например, днфферентовка его .на нос, установка кавитатора на горизонтальной разделительной пластине.
На рис. Ъ'1.9 приведены результаты экспериментов с плоскими кавернами, образованными на пластинке при различном ее положении по отношению к направлению силы тяжести. Влияние л!б О,7 а,и о„югг 04% о,йоо О7 Ох о,го о',ггг 2) О О,7О Рис. Ч!.7. кавитапии о и 2!7 Зависимость коэффициента сопротивления от числа длн рщлнчных соотношений осей пслуэллипсонда вращения (а/Ц. б и/с, Нт = 6,25: ° — 1' = б н1с, Нг = 1,83; Π— П,=: = т ну „и« = э, ~з.
Рнс. И.В. Влнннне скорости потока на образованне каверны за круглым диском: а — Рта= 1,9, С0 =!0,6 10 з; б — Рта =- 4,3, С0= = 4,6. 1О з; в — ггл = 6,8, С0 = 3,0. 1О '. весомости хорошо иллюстрируется зависимостью числа кавитации от угла наклона кавитирующей пластинки к направлению линии горизонта я !у) при разных расходах газа СО и числе Фруда Ргю, отнесенном к высоте выступа Н. Х! 0,1йг О, 10 0 15 гав 75 йФ 11з 1 град Рне. Н!.9г"Зависимость числа кавитации х от угла наклона кавитг|ру~онгей пластинки при Ггн = — = !' *г Фув =. В,зо.
Как следует из рис. Ъ'1.9, наибольшие числа кавитации получаются при у = 90', что соответствует вертикальному положению пластинки. Лля горизонтальных ее положений (каверна сверху о т1 у 1а0 ~,зргг0 Рис. тг1,!О. Зависимость относительной длины ка- !к верны ! = — — от угла т. 0» и каверна снизу) число кавитации уменьшается. Это же подтверждает и визуальное наблюдение эксперимента. На рис. !11.
!О даны зависимости относительной длины каверны 1 = ЦН„от угла у. Как видно, каверна наименьшей длины 2!9 образуется при у = 90', что соответствует максимальному числу кавитации. Благоприятное распределение давления на контуре кавитнрующего тела приводит к уменьшению всплытия каверны. $ 2. Приближенные формулы для 'определения параметров искусственной кавитции Чтобы оценить величину циркуЛяции скорости, возникающей вокруг каверны при небольших числах Фруда (для случая развитой каверны с вихревыми шнурами), составим уравнение Бернулли для верхней и нижней границы каверны (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
