Отрывные течения. Том 1 - Чжен П.
Скачать (прямая ссылка):
перегородку, которая предотвращает отрыв и повышает эффективность
коротких диффузоров. В диффузоре возможно также неустановившееся
пульсирующее течение. При увеличении угла раскрытия диффузора постоянной
длины установившееся течение преобладает до тех пор, пока коэффициент
восстановления давления не достигнет максимального значения. Сразу после
этого поток становится неустановившимся с интенсивной пульсацией и
хаотической завихренностью. Подобные явления неоднократно наблюдались
рядом исследователей.
Течение в диффузоре с прямоугольным поперечным сечением было также
исследовано Талтсом [39]. Визуальные наблюдения в интервале углов
раскрытия от 0 до 20° и чисел Рейнольдса
ОТРЫВ ТУРБУЛЕНТНОГО ПОТОКА жидкости
179
5 -104 > Re > 3-106 показали, что существуют две стадии отрыва потока:
"внезапное торможение на границе", при котором мгновенное значение
скорости равно нулю или несколько больше нуля, и "отрыв или возвратное
течение на границе", при котором среднее значение скорости равно нулю.
Были получены следующие эмпирические формулы для степени расширения е и
угла раскрытия диффузора 0:
""" = 1+0,3001 (А)+0,0493 (А)! - 0,0776 (i)' +
+ 0,0170 (А)'
И
0Отр = arctg {0,3001+ 0,0493 -0,0776 2 +
+ 0,0176 (А)'},
где х - расстояние от сечения, с которого начинается расширение, и hi -
ширина входа диффузора. Так как в любом сечении диффузора отрыву потока
предшествует максимальное приращение давления, то представляет интерес
следующее соотношение между максимальным приращением давления,
оптимальным углом раскрытия и требуемой степенью расширения:
0опт = 01-12,16°11р(1-^) ,
где 04 - некоторый постоянный угол, зависящий от числа Рейнольдса, г)р -
эффективность диффузора, е - степень расширения (отношение площади
данного сечения к площади входа).
Если эффективность диффузора не зависит от длины, на которой происходит
расширение, то оптимальные углы раскрытия при конечном значении степени
расширения определяются по следующим формулам:
0ОПТ = 17,6° - 12,16°.0,78 = 8,1° при Re = МО6,
0СПТ = 18,7° - 12,16°.0,79 = 9,1° при Re = 2-106
и
0ОПТ = 18,4° - 12,16°.0,84 = 8,0° при Re = 3-106.
Коэффициент восстановления энергии в диффузоре заметно выше коэффициента
восстановления давления, и разница между ними принимает максимальное
значение при полностью развитом отрыве перед появлением обратного
течения.
Параметры пограничного слоя на входе - толщина б и форм-параметр Н = 6*/0
- оказывают сильное влияние на развитие
12*
ISO
ГЛАВА IV
турбулентного пограничного слоя и отрыв потока в диффузоре. В
эксперименте Винтерница и Рэмсея [40] применялся кольцевой экран на входе
в диффузор. Оказалось, что при торможении потока кольцевым экраном
возрастает толщина пограничного слоя и изменяется значение Н. Подробнее
вопрос о влиянии экранов на отрыв потока будет рассмотрен в гл. XII.
Краткий обзор некоторых исследований отрыва внутренних течений
показывает, что явления, возникающие во внутренних течениях, зависят от
угла раскрытия, градиента давления в направлении течения, условий на
входе, присутствия перегородок и т. д. Также известно, что в диффузорах и
каналах возможно поустановившееся течение с интенсивной пульсацией. Этих
фактов достаточно, чтобы убедиться в сложном характере внутреннего
течения и показать, что классическую теорию пограничного слоя или решения
для вязкого установившегося внешнего течения нельзя непосредственно
применять к внутреннему потоку. В настоящее время нет удовлетворительного
метода расчета отрыва внутреннего течения. Прежде чем пытаться решить эту
сложную проблему, необходимо провести систематические исследования
явлений отрыва внутреннего течения в диффузорах простой формы, постепенно
переходя к формам, применяемым на практике.
3.1. ДВУМЕРНЫЙ ДОЗВУКОВОЙ ДИФФУЗОР С ПРЯМОЛИНЕЙНЫМИ
СТЕНКАМИ
Как показали предыдущие исследования, самыми важными параметрами,
влияющими на отрыв потока в двумерном диффузоре с прямолинейными стенками
при дозвуковых скоростях (в присутствии или отсутствие плоских
направляющих лопаток), являются угол раскрытия, отношение длины диффузора
к ширине горла IJW\ и турбулентность набегающего потока. Влияние
удлинения п чисел Рейнольдса пренебрежимо мало.
При увеличении угла раскрытия 0 от 0 до 45° можно наблюдать четыре
существенно различных режима течения:
а. Безотрывное течение при малых значениях 0 (фиг. 15. а\ фиг. 16, а -
а).
б. Трехмерный отрыв переходного типа (фиг. 15, б; на фиг. Hi
соответствует умеренному значению угла 0 -¦ 15° в области между а - а и б
- б). Образуется большая переходная область, в которой положение, размеры
и интенсивность отрыва изменяются во времени. В этом режиме наблюдаются
сильные пульсации течения.
в. Установившееся двумерное течение (фиг. 15, е; на фиг. 16 соответствует
довольно большому углу раскрытия 0 =- - 17-22,5° между б - б и в - в).
Существует область
полностью развитого отрыва, имеющая треугольную форму
ОТРЫВ ТУРБУЛЕНТНОГО ПОТОКА жидкости
