Сверхзвуковое сопло с косым срезом

При расчетном режиме истечение из сверхзвукового сопла с косым срезом происходит с небольшими измене­ниями спектра потока. Эти изменения обусловлены влия­нием погранич-о слоя на стенке косого среза.

При нерасчетном режиме, когда давление среды р_а меньше расчетного (режим 1)> дополнительное расши­рение струи происходит в косом срезе или за его преде­лами. Если угол первой характеристики меньше, угла ко­сого среза ф, то расширение потока происходит за пре­делами косого среза. В этом случае кромки сопла А и Л! создают стационарные волны разрежения пересекающиеся не на оси струи, а в области, лежащей ближе к кром-ке А. По этой причине нарушается сим­метричность спектра истечения и струя отклоняется от оси сопла. Волны разрежения отражаются от границы струи, как волны сжатия (BCD_X и B\C_XD), пересекаю­щиеся вблизи противоположной границы. В зонах струи 2, примыкающих к границе, давление равно внеш­нему давлению р_а, в зоне 3 (за пересечением волн раз­режения) давление пониженное, а в зоне 4 — повыш-ое, = давлению в косом срезе сопла р\.

При перес-ии несимм-но распол-ой с-мы волн углы отк-ия линий тока мен-я от сеч-ия к сеч-ию. Соот-но меняется и средний угол отклонения струи.

Если первая волна разрежения из точки А частично или полностью лежит в пределах косого среза, то харак­тер течения меняется (рис. 6-34,6). Отраженная от стен­ки косого среза (частично или полностью) волна разре­жения приводит к понижению давления, и у кромки А давление оказывается меньшим, чем р_а. В рез-те в точке А обра-ся косой скачок уплотнения; с-ма волн изменяется и углы отклонения будут уже другими, по сравнению с первым случаем. В косом скачке AD ли­нии тока откл-ся по часовой стрелке, поэтому сред­ний угол откл-ия струи несколько увелич-ся. Та­кой хар-ер исте-ия будет иметь место в т. случае, когда угол косого среза <р <arc sin -щ.

Для второй группы режимов (давление среды выше расчетного) на кромках А и А\ возникают косые скачки (рис. 6-34,в), пересекающиеся за косым срезом, если угол Pi скачка из точки А_х меньше угла косого среза ф. Точка пересечения скачков В лежит у верхней границы струи. Поток отклоняется от оси струи, проходя несим­метричную систему скачков и отраженных волн разре­жения, причем поворот потока происходит в противопо­ложном первому случаю направлении. Заметим, что для первой группы режимов (р_а<р i), поворот струи проис­ходит относительно точки А, а при р_а>Р\ (вторая груп­па режимов) струя поворачивается относительно точ­ки А\. Углы откл-ия линий тока, а след-но, и всей струи меняются вдоль потока, так же как и в пер­вом случае, благодаря влиянию отраж-ых волн.

55. Основные характеристики и расчет диффузоров

При создании методики расчета сопла приняты следующие допущения:

· газ идеал-ый, его сост-ие опис-тся урав-ем Менделеева-Клапейрона;

· расход газа постоянен, течение установившееся;

· газ однороден и неизменен по составу;

· трение между газом и стенками сопла отсутствует;

· теплопередачи через стенки сопла не происходит;

· вязкость и трение между слоями газа пренебрежимо малы;

· скор-ь газа в попер-м сечении парал-на оси и один-ва во всех т-х сеч-я.

Уравнение движения. Рас-м одномерное неустанов-еся течение газа в цилиндр-й трубе перем-го сечения. Выделим V газа между двумя близкими сечениями, находящимися на расстоянии dx. Действие на этот объем стенок трубы и газа слева и справа заменим поверхностными силами, где Р — давление газа, Па; S — площадь поперечного сечения трубы, м².

Пусть выделенная частица газа объемом Sdx движется вправо под действием поверхностных сил. Второй закон Ньютона для нее записывается следующим образом:

где ρ — плотность, кг/м³; ν — скорость газа, м/с.

После несложных преобразований получим:

Уравнение неразрывности. Массовый расход газа G [кг/с] в любом сечении трубы постоянен и равен:

Уравнение адиабаты. Уравнение состояния идеального газа (Менделеева-Клапейрона) для единицы массы газа записывается следующим образом:

Уравнение энергии. Рассмотрим течение газа в трубе переменного сечения без теплообмена со стенкой. Выбираем некоторый объем газа, ограниченный в начальный момент времени сечениями 1—2. За время dt частицы газа переместятся в новое положение, ограниченное сечениями1¹—2¹. Так как течение газа установившееся, то изменения энергии в общем для двух положений объеме между сечениями1¹—2 не будет, поэтому приращение энергии за время dt вычисляется как разность энергий в объемах1—2¹ и 1—1¹

Дозвуковые диффузоры

Диффузор — часть канала (трубы), в которой происходят замедление (расширение) потока и увеличение давления.

важнейшими гео­метрическими параметрами являются угол раствора у_д и степень расширения f. (f – отношение сечений диффузора)

Важной геометрической характеристикой диффузора является отношение сечений f. При заданной скорости на входе повышение давления происходит только до опреде­ленных пределов, причем в коническом диффузоре и в диф­фузоре оптимальной формы наиболее бурный рост давления соответствует начальному участку.

Значение параметра f, отвечающее мак-ной сте­пени сжатия в диффузоре, называется предельным. Выпол­-ие диффузора с большим отнош-ем нецелесо-но, т.к. при этом на выходном участке обнар-ется снижение давления.

в изоградиентных диффузорах потери на тре­ние больше, то применение таких диффузоров следует считать целесообразным только при больших углах раствора у_д^18°. В интервале у_д=12~-18° лучшие ре­зультаты дают диффузоры с прямолинейными стенками (у_д = const). При малых углах у_д<12° следует переходить к диффузорам с криволинейными выпуклыми стенками.

Возможно также применение комбинированных диффу­зоров, принципиальные схемы которых приведены на рис.

Особый интерес представляет ступенчатый диф­фузор. Повышение давления здесь происходит вначале в обычном плавно расширяющемся канале, а затем давление растет при внезапном расширении сечения. Такие диффу­зоры следует применять при малой длине и больших отно­шениях f. Для каждого значения f существует определен­ная оптимальная длина /_д, соответствующая минимальным потерям. При выбранных оптимальном угле раствора Т_доптй / однозначно определяется площадь выходного сеченйй плавной части диффузора Р₂.

Ступенчатые диффузоры имеют существенные пре­имущества в тех случаях, когда необходимо сократить длину диффузора. При малых у_д применение ступенча­того диффузора нецелесообразно, так как суммарные потери при внезапном расширении возрастают.

Опыты показывают также, что на эффективность диффузора влияет форма его поперечных сечений. В круглых и плоских диффузорах потери энергии оказы­ваются мин-ми. В диффузорах квадратного или прямоугольного сечения с расширением в двух плоско­стях потери выше.

57. Выхлопные патрубки турбомашин

 

58. Сверхзвуковые диффузоры

Из основного уравнения одномерного течения сле­дует, что торможение сверхзвукового потока можно осу­ществить в трубе переменного сечения, входная часть которой выполнена суживающейся, а выходная — расши­ряющейся. В первой части скорость уменьшается и до­стигает критического значения в минимальном сечении. Тогда в расширяющейся части продолжается процесс сжатия дозвукового потока.

Отсюда следует, что принципиально в качестве «идеального» диффузора можно использовать сверхзвуковое сопло с профилированными стенками, предпола­гая течение в нем обращенным (рис. 7-19). Благодаря плавности профилированных стенок, в каждой точке ко­торых поток совершает поворот на малый угол, во вход­ной части диффузора должна возникнуть система сла­бых воли сжатия (характеристик). Проходи эту систему поток тормозится изоэнтропнчески. Система слабых волн сжатия при этом полностью совпадает с системой сла­бых волн разрежения (характеристик) в расширяющей­ся части сопла.

В горловине поток приобретает критическую скорость >.**1. В расширяющейся части диффузора скорости до­звуковые, уменьшающиеся в направлении потока.

В действительности, однако, такой диффузор осущест­вить не удается, так как течение в нем оказывается не­устойчивым: малые возмущения потока на входе приво­дят к конечным возмущениям на выходе. Это объясняет­ся тем. что при малом уменьшении числа М на входе в горловине не установится критическая скорость^ в ре­зультате чего перед диффузором возникнет отошедшая волна. Фактически поле потока, поступающего в диффу­зор из сопла Лаваля, как правило, неравномерно и на­сыщенно скачками.

59. Ступень эжектора

Газовые эжекторы находят широкое и разнообразное применение в технике. В таких аппаратах происходит смешение газовых потоков В результате смеше­ния изменяются параметры торможения и статические параметры смешиваемьих потоков Основная особен­ность физического процесса в эжекторе заключается в том, что смешение потоков происходит при больших скоростях эжектирующего (активного) газа. Принцип действия на рис.

Основными элементами ступени являются сопло, ка­мера смешения и диффузор В. Эжектирующий газ под давлением подается к соплу. Расширяясь в сопле, поток газа приобретает в сечении сверхзвуковую ско­рость.В камере смешения Б струя активного газа взаимодействует с эжектируемой (-пассивной) средой и увлекает ее в диффузор, где и происходит сжатие обра­зовавшейся смеси.

Наиболее существенное влияние на процесс смешения оказывают турбулентность пото­ков и волновая структура сверхзвуковой эжектирующей струи.

По мере удаления от сопла на периферии струи образуется пограничный слой. В кольцевом пограничном слое ско­рости меняются от малых дозвуковых на периферии до сверхзвуковых на участке, примыкающем к ядру струи. В соответствии с волновым спектром струи статическое давление по оси ядра струи периоди­чески меняется. По диаметру струи давления распреде­ляются также неравномерно: в струе образуются по­перечные градиенты давления. В сечениях за скачками градиенты давления направлены к периферии струи, а в сечениях за волнами разрежения — к оси струи. В дозвуковом участке пограничного слоя статическое давление близко к давлению среды. На некотором рас­стоянии от сопла вся струя становится дозвуковой: в этой области статическое давление распределяется во оси и по сечению практически равномерно.

Эти особенности поля осесимметричной сверхзвуко­вой затопленной струи позволяют заключить, что между внешней средой и струей происходит непрерывный обмен частицами. Поперечные перемещения частиц из погра­ничного слоя в ядро и из ядра в пограничный слой осу­ществляются с интенсивностью, переменной вдоль оси

⇐ Предыдущая123456

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: