Газодинанамика в одно- и двухфазных течений в реактивных двигателях (562026), страница 28
Текст из файла (страница 28)
Комбинированное воздействие. В реальных течениях, как правило, проявляется несколько воздействий, действие кото- 0,8 0,6 0,4 0,2 0,4 0,6 О,В 1,0 Р1 й 5— $Щ У Рз Тз 1 —— То Рис. 7.24. Изменение параметров в нилиндрическом канале с подво- дом массы на дозвуковом режиме при 7' = сопзС рых, как следует из закона обращения воздействий, аддитивно. Например, в геометрическом сопле Лаваля действует воздействие трения Ж~, а при очень высоких температурах рабочего гела, когда сопло приходится охлаждать, — то н тепловое воздействие.
Это может приводить к смещению критического сечения, т е. сечения, в котором М = 1, либо в расширяющуюся, либо в сужающуюся часть сопла. Для рассматриваемого случая условие кризиса запишется так: причем Ид < О а Ж ~ О, и в зависимости от интенсивности У тр воздействий сечение может сместиться от минимального геометрического сечения. 8. ИЗМЕРЕНИЕ ГАЗОДИНАМИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ 8.1.
Зондовые методы 8.1.1. Измерение статического давления. Статическое давление — это давление потока в координатах, движущихся вместе с потоком. Физически трудно создать устройство, движущееся вместе с потоком, для измерения давления. Однако есть два обстоятельства, которые позволяют измерять статическое давление на неподвижных поверхностях в движущемся потоке. Первое — это пограничный слой на обтекаемой поверхности, в котором скорость потока у стенки равна нулю, если стенка неподвижна, или скорости стенки, если она движется (гипотеза прилипания Прандтля), и второе — высокая скорость распространения импульса давления (скорость звука), которая практически всегда (из-за малой толщины пограничного слоя) выравнивает статическое давление в потоке и на стенке.
Статическое давление измеряется на аэродинамической поверхности, устанавливаемой параллельно линии тока (вектору скорости) измеряемого потока. В качестве поверхности используются стенки канала (рис. 8.1) или поверхность специального Рис. 8.1. Измерение статического давления на стенке канала зонда (рис. 8.2), называемого насадком статического довлея.ия.
Отбор давления осуществляется посредством дренажных отверстий 2 (рис. 8.2), и далее давление с помощью трубок 3 передается на измеритель. Для обеспечения достаточной точносги измерений необходимо, чтобы возмущения от насадков не влияли на величину давления, а вектор скорости был бы параллелен поверхности, на которой осуществляется отбор давления. С этой целью отверстие отбора выполняется размером, обеспечивающим разумный компромисс между минимизацией его для предотвращения вихреобразования и максимизацией для предотвращения забивания частицами пыли. Кроме того, приемные отверстия выполняются с особой тщательностью, не допускаются заусенцы, рваные кромки и неровности.
Реально диаметры отверстий выполняются в диапазоне 0,3 — 0,8 мм ~401. Рис. 8.2. Измерение статического давления во внутренней точке потока зондом статического давления Форма насадка, расположение отверстий, расстояние от носика до державки влияют на погрешность измерения. Эти параметры выбираются на основе экспериментов.
На рис. 8.2 показаны насадки различной формы, все они могут использоваться как в сверхзвуковом, так и в дозвуковом потоке. Отверстия 2 выполняются на расстоянии 1 = 8 — 12 диаметров (калибров) насадка от носика, причем большие значения соответствуют большим скоростям. Заостренные формы предпочтительно используются для сверхзвуковых потоков (рис. 8.2,в). Измерение давления проводится с помощью пьезометров, маномеров или различных датчиков с электрическими преобразователями сигнала (тензометрические, потенциометрические, индуктивные или др. ~4Ц). Насадок статического давления достаточно чувствителен к углу скоса потока (угол между вектором скорости и плоскостью измерения), погрешность в пределах 1% сохраняется, если этот угол не превышает б.
При измерении статического давления за ударной волной или скачком уплотнения из-за взаимодействия с пограничным слоем возможны существенные погрешности, которые проявляются сильнее, если пограничный слой ламинарный. 8.1.2. Измерение полного давления или давления торможения. Трубка Пито. Как было показано выше, давление торможения р — это то давление, которое принимает поток в процессе изоэнтропийного торможения в энергетически изолиро- ~В ванном потоке. Поэтому для измерения р используют устройство, реализующее процесс энергетически изолированного торможения. Оно называется насадком или трубкой Пито и представляет собой трубку с открытым концом 1, установленную параллельно и навстречу набегающему потоку (против вектора скорости), рис.
8.3,а. Другой конец трубки 2 соединен с измерителем давления (пьезометром, манометром и т.д.). Жидкость внутри трубки находится в покое, поэтому струйка потока изоэнтропийно тормозится перед насадком (в дозвуковом потоке), если числа Ве, отнесенные к диаметру трубки, не являются малыми. В этом случае измеряется давление торможения в набе- Ф гающем потоке р . В сверхзвуковом потоке перед трубкой возникает скачок (рис.
8.3,в), и в этом случае измеряемое давле- Рис. 8.3. Различные трубки Пито для измерения давления торможения н (8.1) 1 — Х вЂ” Й вЂ” 1 + 1 н рн ф Рн (8.2) ние будет соответствовать давлению за прямым скачком уплотнения р . Устройство для измерения давления торможения так же, как и для статического, должно вызывать минимальные возмущения, однако оно менее чувствительно к углу скоса потока: погрешность меньше 1% сохраняется до углов скоса порядка 20. Для измерения распределения давления торможения в пограничном слое используют трубку Пито, имеющую сплющенный носик (1, рис.
8.3,6). Это связно с наличием поперечного градиента давления в пограничном слое, влияние которого на измерения позволяет снизить такая форма приемного отверстия. 8.1.3. Определение числа Маха по измерениям статического давления или давления торможения, Трубка Пито — Прандтля. По измерениям статического давления и давления торможения можно определить число Маха и приведенную скорость Х.
При измерениях в дозвуковом потоке числа Маха М и Х определяются из соотношений газодинамических функций: Б сверхзвуковом потоке с учетом наличия прямого скачка перед насадком число М и Х определяется по формуле Релея ЕЧ Лг (М ) й — 1 1 1 й — 1 й — 1 1 ~2 ! ~1 ~+1~2 (8.5) и давление торможения р* р =Лр +р, (8.6) где Вс — атмосферное давление„Ьр и Лр — измеряемые пере- пады давления. Для одновременного измерения статического и полного давления используется трубка Пито-Прандтля.
Она сочетает в одном корпусе приемники давления торможения и статического давления (рис. 8.4). На рисунке показано также изменение р и р . При торможении в передней точке А давление повышается ь до р, а затем при обтекании насадка падает ниже р (за точкой В) и восстанавливается в точке С, где расположены отверстия для замера статического давления. Поскольку трубка Пито-Прандтля должна устанавливаться в направлении линии тока, то для снижения чувствительности на входе делается раззенковка (рассверливание) входного отверстия (точка А на рис. 8.4). Применение трубки Пито-Прандтля позволяет определить статическое давление р: Рис.
3.4. Схема трубки Пито-Правдтля По полученным данным, используя (8.3) и (8.4), можно рассчитать числа М и Х. 8.1.4. Измерение температуры торможения. Температура торможения потока измеряется путем введения в исследуемую среду неподвижного приемника„который, взаимодействуя с потоком, принимает значение некоторой равновесной температуры. В качестве такого приемника используются термопары, термосопротивления, нить термоанемометра и т.
и. К особенностям такого способа следует отнести: 1) невозможность измерить статическую температуру. Для этого приемник должен был бы двигаться со скоростью потока; 2) потери энергии на теплоотдачу за счет теплопроводности, конвекции и лучистого теплообмена. Рассмотрим измерение температуры в газовом потоке с помощью помещенной в него неподвижной термопары (рис. 8.5). Газ, текущий в центральной струйке со скоростью и и температурой Т~, изоэнтропно затормаживается в критической точке К горячего спая 1 (в = 0). Вся кинетическая энергия газа к Рис. 8.5.
Измерение температуры в газовом потоке переходит в энтальпию, а температура принимает значение тем- пературы торможения Т„= Т: Ш 3 Т =Т + — =Т н в 2С к ~У Во всех остальных точках поверхности горячего спая, благодаря гипотезе прилипания и образованию пограничного слоя, температура также будет иметь значение температуры торможения. Если бы не было теплообмена с близтекущими слоями газа и других отмеченных выше потерь энергии, то температура горячего сная 1 равнялась бы температуре торможения Т' газового потока. Реально горячий спай 1 принимает значение некоторой температуры Т„, лежащей в диапазоне Т < Т„< Т .
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
