В.В. Рождественский - Кавитация (1163223), страница 32
Текст из файла (страница 32)
При экспериментах с искусственными кавернами существенно проявляется весомость, поэтому ниже приведем некоторые результаты исследований поля скоростей н давлений кавитационного течения, образованного под горизонтальной пластиной (длиной 2,5 м, шириной 0,6 и). Пласти' ну буксировали в бассейне со скоростью 3 вт/с [20). Были применены два клиповндпых кавитатора, размеры которых даны на рис, т'1.13. 226 Распределение давлений по длине на нижней поверхности пластинки при кавитационном и бескавптацпонном обтекании даны парис.
>71.14, а(кавитатор А) и рис. >7!.14, б (кавитатор Б). Там же указаны длины каверны 1„, отстояния линии замыкания каверны от передней кромки пластины 1,. Как видно из рисуяков, есть три характерные области распределения давлений по длине пластины. Левая область -- это распределение давлений на клиновидном кавитаторе; в средней области в пределах длины каверны давление постоянно; правая область— давление за каверной, для этой области характерен пик давления сразу же за каверной.
Коэффициент давления в каверне С возрастает при уменьшении ее длины в диапазоне его значений: — 0,15 —: — 0,05. Эти результаты соответствуют уже рассмотренным нами зависимостям между числами кавитации и длиной каверны. В эксперименте было выявлено два случая замыкания каверны на пластине а) при сравнительно большой высоте выступа (кавнтатор А) замыкание каверны сопровождается появлением развитой обратной струйки н большим расходом газа; б) при относительно глалой высоте выступа (кавитатор Б) загль>канне происходит без обратной струйки и сравнительно х>алом расходе газа. Характер изменения давления в конце каверны определяется формой замыкания кавернь> на пластине (с обратной струйкой или без нее). В первом случае изменение давления при переходе от каверны к смоченной части пластины происходит сравнительно плавно.
В то же время при использовании кавитатора Б наблюдается резкое изменение давления в районе замыкания каверны. Характеристику структуры пограничного слоя позволяют получить экспериментальные исследования скоростей за каверной. На рис. И.15, а, б приведены эпюры местных относительных скоростей о (у)/>7„в пограничном слое за каверной в сечении на расстоянии 1250 мм от передней кромки пластины при различных длинах каверны Как видно, профили скоростей по форме соответствуют турбулентному режиму течения.
Однако для кавитатора А эпюры скоростей вблизи района замыкания каверны имеют перегибы, характерные для местного отрыва пограничного слоя. По мере удаления от района замыкания эпюры скоростей для кавитационного и бескавитацнонного режимов обтекания практически совпадают (рнс. !7!.15, б). На рис. Ч!.16 приведены кривые коэффициентов местного трения Сп определеннь>е по замеренным касательным напряжениям в функции от местного числа Рейнольдса для двух случаев кавитационного обтекания (кавитаторы А и Б).
В первом случае измерения производились в одной точке на расстоянии 1250 мм от передней кромки пластины, во втором — в трех точках на расстояниях 850, 1250 и 1650 мм. 227 й И х 3 й ь О О ! «»" ! 4 Ф М й И Й $:$ й, ) сЭ" о а, й % й. о !! Й ~д й 3 1И й й й й ,р о м !! И о а ы ~$ а Ю Ф И И Ю д -с ,О М ~ ь Ю М й ь й о ~~у а И- й р а и .с ~ о И й о !! " "1~ З а ! о ~ иФ б !! х й Ф Ф ! ° Ъ Во время эксперимента варьировалась длина каверны так, что расстояния от точки замера до конца каверны и соответственно Нх местные числа Рейиольдса Ке, = — изменялись.
При замыкании каверны с обратной струйкой (кавитатор А) касательные напряженна растут плавно ат нулевых значений до напряжений турбулентного трения, а прн замыкании каверны без обратной струйки (кавитатор Б) наблюдается резкое возрастание напряжений. Это позволяет предположить, что прн плавном замыкании 0.) у,н у,н Рнс. Н1.!й. Зпюры скоростей движения жидкости в пограничном слое за каверной для двух случаев обтекания: а — с обратной струйкой (кавитатор А)! "беа каверкм: 2 — 1, =— =-650мм,1, =165мм,к= = 600мм; а — 1, = 1!50мм; 1,.=665 мм, «= ЮО мм. б — без обратной струйки (кавитатор Б); 1 — беа «авервм! 2 — 1, =- =-650мм,1 !65мм,к= к = — 600мм", а — 1, = 1220мм.
1к — — 735 мм, к = 30 мм. 20 0 00 08 20 п(у)/К- 0 00 ОВ 20 2,2 п(у)1~'- (кавитатор Б) за каверной зарождается новый турбулентный пограничный слой, в котором касательные напряжения определяются местным числом Рейнольдса (с характерной длиной— отстоянием рассматриваемой точки х от места замыкания каверны). Что же касается случая замыкания с обратной струйкой (кавитатор А), то вывод о появлении нового турбулентного пограничного слоя можно сделать, если предположить, что в зоне замыкания каверны наблюдается местный отрыв пограничного слоя.
Большинство задач о кавитационных течениях решается с учетом основных положений теории струй, в которой внутреннее движение газа в каверне не рассматривается и предполагается разрыв скоростей ца границе каверны. Ниже приведены результаты 1!15) экспериментального определения профиля скоростей течения газа в каверне, образованной за клиновидным насадком под горизонтальной пластиной. Опре- д) С 23 Р 1.)Р' 2 Юа 3 26 Р Я Р 333 ЧРР 1260 а 3) Р, 1О' 3,П 2,0 1,0 Рнс.
»)).)б. Записка»ость касательных напряжений от чисел Вел при кавитационном обтекании нижней части пластинки: а — кавитатор А; 1--прн кавитационном обтеканиа; 2 в С) пря турбулентном обтекании пластины )эксперимент); 3 — С) при турбулентном обтекании пластины !расчет); 4 — С) — при ламинарном обтекании пластивьи 5 — С) при переводе от ламинарного н турбулентному режиму движения при Ке = 1,5.!О»; 2,5.16»; 35.10»„ кр б — кавнтатор Б; 1, 2, 3 — С) в трек точкак по длине пластины при «авитационном обтекании Вбо, 1250 и 1650 мм от передней кромки пластины)! 4 — С) при турбулент- ном обтенаввн пластины )расчет). деление производилось при скорости потока $' =- 1,02 мlс,.
что соответствуег числу Фруда по высоте выступа насадка Ггп„ == — — 3,3 1'ай, в трех сечениях по длине каверны: вблизи кавитатора, посредине длины и в районе замыкания каверны (рис. Ч1.17); й — высота каверны в данном сечении; и =- иа/)/ — местная скорость течения газа на данной высоте. Вследствие малого перепада по длине каверны для измерения давления использовали микро- манометр с уравновешенной каплей. Опыты проводили при постоянных безразмерных расходах газа, отнесенных к высоте выступа и ширине клина Со ---- 2,23. Результаты эксперимента в виде профилей скорости, построенных в прямоугольных координатах й и и, даны на рис.
И.17. В гидромеханике рассматривается течение Куэтта — плоское течение между двумя параллельными стенками, из которых одна движется вместе с потоком. Считая границу каверны подвижной, течение газа внутри можно рассматривать как течение Куэтта. Сравнение результатов эксперимента с расчетными данными по теории Куэтта показывает удовлетворительное их совпадение (115). Мы предполагаем, что параметры искусственной каверны, образованной на каком-либо теле, при постоянном числе кавитации и постоянной длине каверны такие же,как и для естественной каверны.
Однако эксперименты показывают, что от расхода воздуха зависит не только число кавитации, но и форма границы каверны. Экспериментально было установлено [95), что при определенных условиях подтверждается известная зависимость между параметрами, характеризующими каверну: при увеличении расхода газа С~ давление в каверне возрастает, а число кавитации падает.
Однако при этом для значения х существуег некоторый предел, после которого при увеличении расхода воздуха число кавитации остается постоянным. На поверхности каверны образуется одна волна (первая стадия), и каверна начинает пульсировать, сокращаясь и увеличиваясь в длину. При дальнейшем увеличении расхода воздуха длина каверны и давление в пей скачком увеличиваются, число кавитации соответственно падает. Каверна продолжает пульсировать, а на ее поверхности по длине образуются две волны (вторая стадия). Если расход воздуха продолжает увеличиваться, то число волн возрастает и возможно появление трех, четырех и пяти волн.
Таким образом, существуют два типа каверн: стационарные и пульсирующие. Стационарные каверны возникают при малых расходах воздуха, по своим параметрам они подобны естественным кавернам. 232 1~ М'р С~ М йЪ Ю и $ о а Й «у а~ ~э о Ыс~ Ю бф Ф а. )~ й '~ ~б фй, О, Для иллюстрации на рис. Н1.!8 показаны пульсирующие искусственные каверны, образовавшиеся за пластинкой, установленной в вертикальной гидродинамической трубе 195). Для того чтобы получить представление о поведении и параметрах каверны в различных стадиях ее развития целесообразно рассмотреть схематизированную зависимость С, (н), приведенную на рис. Н1.!9. Она построена на основании экспериментальных данных 195) н позволяет составить представление о механизме образования различных стадий каверны.
Представим себе, что начиная с некоторого критического числа кавитации возрастает расход газа, каверна, имеющая одну волну, удлиняется, а число кавитации падает. Когда расход достигает некоторого порогового значении Со„ каверна удлиняется (без изменении расхода) при уменьшении числа навигации, и ее поверхность имеет уже две волны (вторая стадия). Переход от первой стадии но второй сопровождается изменением частоты нолебаний.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
