Отрывные течения. Том 1 - Чжен П.
Скачать (прямая ссылка):
181
и образованная в основном турбулентным возвратно-циркуляционным течением
от выходного сечения диффузора почти до его горла. Непрерывный основной
поток относительно спокойно движется около другой стенки,
г. Отрыв потока от обеих стенок (фиг. 15, г; на фиг. 16 соответствует
очень большому углу раскрытия (c) = 30° в области над кривой г - г).
Образуется струйное течение, при котором основной поток отрывается од
обеих стенок сразу после критического сечения и больше не присоединяется
к стенкам ниже по потоку. Такой режим течения существует только при
больших углах раскрытия диффузора.
Большие области отрыва, занимающие
Почти установившееся возвратно-циркуляционное течение
в г
Фиг. 15. Схематическое представление режимов течения в диффузоре [3].
а - плавное безотрывное течение; б - отрыв переходного типа
(нестационарное трехмерное течение); в - полностью развитый
установившийся отрыв; г - струйное течение.
Эти выводы были сделаны авторами работ [41, 42].
При постоянном уровне турбулентности с увеличением отношения LIWi от 4 до
20 углы раскрытия, при которых существует неустановившийся трехмерный
отрыв и установившийся двумерный отрыв, уменьшаются в 2-3 раза. Однако
при постоянном отношении LIWi повышение уровня турбулентности приводит к
увеличению углов раскрытия, при которых происходит переход от трехмерного
отрыва переходного типа к двумерному установившемуся отрыву,
приблизительно до 1,5 раза. Но это не влияет на углы раскрытия, при
которых возникает трехмерный отрыв переходного типа.
Когда начинается трехмерный отрыв переходного типа, немного понижается
эффективность и коэффициент восстановления
182
ГЛАВА IV
200
100
80
40
20
20
10
давления диффузора, а при двумерном установившемся отрыве эти параметры
диффузора сильно падают.
Характеристики диффузора улучшаются при использовании коротких или
длинных направляющих лопаток. Возвратное течение при этом исчезает или
ослабляется; направление основного течения становится более устойчивым и
упорядоченным.
Чтобы получить оптимальную конструкцию диффузора, нужно поместить
короткую лопатку в плоскости симметрии вблизи горла; угол раскрытия
канала, образованного стенкой и лопаткой, должен быть равен ~7°; длина
лопатки должна вычисляться с учетом геометрии диффузора; при больших
скоростях течения в диффузоре не должны возникать области течения со
скоростью, близкой к скорости звука. Применение в диффузоре с большим
суммарным углом раскрытия (30° и более) направляющих лопаток позволяет
увеличить коэффициент восстановления давления от 0,38 (без лопаток) до
0,70 путем уменьшения области отрыва потока
e
6Г^ 6 г 2
- ,
N Os >6
scr
8 го
20
40
L/W,
Фиг. 16. Режимы течения в двумерном диффузоре с прямолинейными стенками
[3].
а - а - линия заметного отрыва; б - б - граница между отрывом переходного
типа и полностью развитым отрывом; в - в - переход от полностью развитого
отрыва к струйному течению; г - г - переход от струйного течения к
полностью развитому отрыву;
слабая турбулентность, сильная турбулентность. (Между в-в и г-г имеется
область гистерезиса [3].- Прим. перев.)
и выравнивания профиля скорости на выходе из диффузора Ч.
Можно упомянуть следующие свойства направляющих лопаток в качестве
доказательства, что одной только теории пограничного слоя недостаточно
при определении параметров отрыва при внутреннем течении. Например, если
поместить в диффузор короткие лопатки, отрыва не произойдет, хотя
положительный градиент давления удваивается по величине на стенках в
сечениях, закрытых лопатками. И, наоборот, в диффузоре без лопаток при
вдвое меньшем положительном градиенте давления, чем в диффузоре
Установка 6-8 тонких продольных перегородок по всей длине диффузора л
диска в его начале приводит к перемещению отрыва на ось диффузора и в
результате к повышению коэффициента восстановления давления, однородности
и устойчивости потока в коротких копических диффузорах с большими углами
раскрытия [R а о D. М., A Method of Flow Stabilization with High Pressure
Recovery in Short Conical Diffusers. Aeron. /., 75, № 725, pp. 336 - 339
(1971)]. -Прим. ред.
ОТРЫВ ТУРБУЛЕНТНОГО ПОТОКА ЖИДКОСТИ
183
с лопатками, происходит отрыв. Другими словами, в присутствии коротких
направляющих лопаток положительный градиент давления, действующий на
данный пограничный слой, при тех же условиях увеличивается более чем на
100% и уничтожает полностью развитый отрыв. Эти результаты противоречат
обычным представлениям об отрыве в соответствии с классической теорией
пограничного слоя и явно показывают, что для решения проблемы отрыва при
внутреннем течении недостаточно одной только теории пограничного слоя.
Наблюдая периодическое трехмерное неустановившееся отрывное течение
вблизи стенки, Клайн [3] ввел для объяснения этих явлений так называемый
сигма-параметр a = и>ь/ме, где wb - расход возвратного течения внутри
