ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Исследования пространственной осцилляции струп из "Источники мощного ультразвука " Генератор Гартмана, кроме низкого к. п. д., имеет еш е один суш ест-венный недостаток — малую устойчивость по отношению к небольшим изменениям давления воздуха и расстояния сопло—резонатор. Нестабильность работы, естественно, затрудняет использование-таких излучателей в промышленных условиях, в связи с чем еще в 40-х годах в США были предприняты попытки повысить стабильность генерации свистков [34]. [c.66] ГТри исследовании излучателя с соплом максимального расхода было обнаружено, что введение (соосно со струей) круглой шайбы или подведение твердых предметов с двух сторон к поверхности струи повышает стабильность генерации и способствует увеличению интенсивности излучения на 10—12 дб. Одновременно наблюдалось небольшое снижение частоты. Стабилизирующее действие появлялось в основном при малых давлениях воздуха (ниже 1,7 ати). [c.66] Наиболее интересные результаты были получены при применении металлического стержня, расположенного по оси струи. Оказалось, что наличие стержня вызывает генерацию почти при всех значениях параметра I. Кроме того, при практически неизменной интенсивности излучения расход воздуха Q существенно уменьшался. В результате этого повышался к. п. д. излучателя. Преимущества стержневой системы наиболее сильно сказываются, когда используются тонкие стержни и низкие давления. При больших давлениях были получены отрицательные результаты. [c.66] По данным Гартмана, мощность излучения стержневого свистка оказалась пропорциональной не У Ро—0,9, как для обычного генератора, а ]/ Р(,—0,3. Однако увеличения к. п. д. не наблюдалось. [c.66] Гартман предпринял попытку, используя метод Теплера, выяснить механизм работы стержневого свистка как при докритических, так и сверх-критических давлениях при очень низких частотах (2 ггf). Полученные результаты подтвердили возможность работы при Ро 0,5 ати и даже при более низких давлениях. [c.67] На рис. 44 показана схема структуры струи при низкочастотных осцилляциях, при давлении воздуха в сопле 3 ати в фазе разгрузки резонатора. Слева расположено основное сопло, а справа — так называемое пульсационное сопло (резонатор), соединенное с емкостью большого размера (10 д), предназначенной для снижения частоты пульсаций. Резуль-тируюш,ий поток воздуха, образованный при столкновении основной и пульсационной струй, имеет колоколообразную форму и направлен в сторону пульсационного сопла. Косой скачок, возникающий в зоне столкновения, обозначен Жх он совершает колебательные движения вдоль оси струи, тогда как поверхность струи колеблется в перпендикулярном направлении. За первым скачком наблюдается еще несколько косых скачков, что указывает на сверхзвуковой характер течения. В первый момент разгрузки у пульсационного сопла возникает вторая (слабая) ударная волна Жц, которая движется по направлению к основному соплу, но вскоре исчезает. Гартман отметил, что пульсационные явления в струе возникают начиная с некоторого значения при меньших расстояниях между соплами подобных осцилляций не наблюдается. При давлениях меньше критического Р 0,9 ати) ударные волны вырождаются, но в некотором диапазоне расстояний I колебания струи сохраняются. [c.67] Проведенные исследования не позволяют представить полную картину генерации звука в стержневом свистке, однако отмеченные особенности работы такой конструкции по сравнению с обычным генератором указывают на положительную роль косых скачков по сравнению с прямым. Напрашивается вывод об общности процессов, происходящих в стержневом излучателе и излучателе с косым скачком. [c.67] Таким образом, уже первые исследования показали, чго стержневые свистки обладают целым рядом преимуществ по сравнению со своим классическим прототипом (простота конструкции, меньший расход воздуха, большая устойчивость работы при изменениях давления и параметра I). Кроме того, возможность работы при низких давлениях позволяла надеяться на увеличение к. п. д. за счет снижения значения и повышения кинетической энергии струи при Р 90°. Все это привело к тому, что в последние годы для различных технологических целей стали разрабатываться почти исключительно стержневые излучатели. [c.68] В последнее время появился целый ряд работ, посвященных исследованиям различных модификаций газоструйных излучателей стержневого типа. Однако до сих пор еще нет сообщений о методике расчета такого рода генераторов и, в частности, о зависимости частоты излучения от различных параметров настройки и конструктивных особенностей устройства. [c.68] В процессе разработки газоструйного излучателя, предназначенного для промышленного использования, мы измерили параметры как свободной струи, так и деформированной струи, в которую был введен центральный стержень, а также отражающая поверхность. Как показали полученные результаты, гидродинамические характеристики струи в значительной мере определяют акустические характеристики газоструйного излучателя. [c.68] Измерения параметров струи проводились с помощью пневмометри-ческих трубок диаметром 1 мм, измеряющих полный напор и статическое давление [72]. Наибольший интерес представляют распределения давления вдоль оси струи, так как именно они определяют рабочую частоту излучателя и возможный диапазон ее изменения. Проведенная проверка показала, что характер распределения давления вдоль оси слабо зависит от радиальной координаты, и поэтому измерения можно проводить на любом расстоянии от центра струи. Но по мере приближения к границе струи абсолютные значения давлений уменьшаются и проведение измерений усложняется, поэтому мы проводили измерения, располагая измерительную трубку в центральной части струи, на расстоянии 1 мм от поверхности стержня. [c.68] На рис. 45 приведены графики распределения статического давления в струе для сопла диаметром 14 мм со стержнями различной толщины при давлении воздуха Рд = 3 ати. Как видно из приведенных графиков (аналогичные измерения были проведены для с, изменявшихся в пределах 5—14 мм), при увеличении диаметра стержня период пространственной осцилляции струи сокращается. [c.68] Линейные величины, входящие в формулу (65), следует выражать в мм. При ст = О эта формула переходит в (6), выведенную для конического сопла без осевого стержня. [c.70] Существует еще одно интересное обстоятельство, которое вытекает из анализа графиков рис. 47. Если определить величину выходного отверстия сопла для определенного значения До, но при различных соотношениях между с и ст (проведя горизонтальную линию для интересующего нас значения До), то оказывается, что с увеличением диаметров сопла и стержня площадь поперечного сечения струи, а значит, и кинетическая энергия струи увеличиваются. Это дает возможность предполагать, что с увеличением с и ст, при неизменной величине До, а следовательно, и частоты колебаний газоструйного излучателя, можно увеличить мощность излучения. С другой стороны, при неизменном расходе воздуха в стержневых системах можно значительно повысить частоту колебаний по сравнению с генератором Гартмана это весьма существенный фактор, если учесть, что для генератора Гартмана мощность резко уменьшается с увеличением частоты [49]. [c.71] Если введение в струю стержня изменяет лишь длину ячейки, то наличие отражающей поверхности существенно деформирует струю. Исследования деформации струи путем ее торможения отражающим диском или резонирующей камерой были выполнены для того, чтобы разобраться в механизме генерации газоструйного стержневого излучателя, так как уже самые общие соображения показывали, что распределения давлений и скоростей в струе при наличии резонатора сильно отличаются от подобных характеристик в режиме свободного истечения струи. [c.71] Посмотрим, как деформируется струя, если отражающий диск, диаметр которого несколько превышает ширину струи, расположен на различных расстояниях от сопла [73]. На рис. 48 приведены распределения статического давления вдоль струи для с=13 мм, мм, Ро=Зати. [c.71] Для сопоставления здесь же показано распределение давления в отсутствие отражателя (верхняя кривая). Так как струя полностью тормозится диском, то у его поверхности давление должно иметь максимальное значение. С другой стороны, конец ячейки тоже характеризуется подъемом статического давления (в идеальном случае до значения давления на срезе сопла Рс). Поэтому, хотя при удалении диска за пределы первой ячейки (в свободной струе) абсолютное значение давления у отражающей поверхности несколько снижается (рис. 48, б и г), максимум давления всегда сохраняется. [c.71] В соответствии с этим, перемещая диск в направлении от сопла (в пределах второй ячейки недеформированной струи), мы как бы растягиваем эту первую ячейку, доводя ее приблизительно до величины До + /4Д1-Такая длина ячейки До, полученная в присутствии отражателя, является максимально возможной. 11ри дальнейшем удалении диска (рис. 48, е) первая ячейка довольно быстро и полностью восстанавливает свою длину (рис. 48, а), причем деформации подвергается теперь уже вторая ячейка. Таким образом, отражающий диск изменяет распределение давления в ближней ячейке и увеличивает ее возможную длину приблизительно на 70%. Однако минимум давления в струе при удалении отражателя перемещается очень незначительно, т. е. удлинение ячейки в основном происходит за счет увеличения зоны повышения давления, или, по терминологии Гартмана, зоны нестабильности. [c.71] До сих пор мы рассматривали в качестве препятствия, деформирующего струю,—диск. Но в газоструйных излучателях для увеличения мощности колебаний вместо диска используются цилиндрические резонаторы с плоским дном, поэтому представляло интерес исследовать распределение статического давления в струе в присутствии резонирующей камеры, тем более, что с точки зрения резонансной гипотезы возникновения генерации оставалось непонятным изменение частоты колебаний при постоянном значении параметра А, т. е. при фиксированном расстоянии от сопла до дна резонатора, но при меняющихся величинах I и к. [c.73] Вернуться к основной статье