ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Характеристики струй, используемые при исследовании струнных элементов пневмоники из "Теория элементов пневмоники " Границы турбулентной струи, вытекающей из сопла, строго говоря, не являются конечными, так как скорость течения, а следовательно, и скоростной напор в сечении струи по мере удаления от оси ее стремятся к нулю асимптотически. Однако для удобства границей струи можно считать поверхность, на которой скорость течения незначительна по сравнению со скоростью на оси струи в соответствующих сечениях (например, составляет 1—2% от последней). Границы струи, определяемые таким образом, очерчиваются, как следует из приводимых ниже данных, достаточно четко. [c.58] ОСНОВНОМ участке струи при /г Лн пограничный слой занимает все сечение, и скорость на оси струи уменьшается с увеличением к. Уменьшение скорости частиц обусловлено увеличением массы струи вследствие вовлечения в нее воздуха из окружающей среды. Принимается, что этот процесс происходит при постоянном количестве движения (условно принимается, что статическое давление во всех точках свободной струи при этом постоянное и равно давлению среды, в которой распространяется струя). [c.59] В работе [3] наряду с указанной выше упрощенной схемой приводится более точная схема струи (рис. 7.1,6). Согласно этой схеме между начальным и основным участками имеется переходной участок, движение струи на котором определяется закономерностями, отличными от закономерностей, действующих на начальном и основном ее участках. Для струй как круглых сечений, так и плоских протяженность этого участка в среднем составляет /гп=1,5/1ц. Внешние границы сечения струи имеют излом и каждая из них образуется двумя прямыми. [c.59] В рассматриваемых в дальнейшем струйных элементах используется ограниченная область струи, относительно мало удаленная от сопла. При представлении структуры струи в соответствии с одной и с другой из указанных схем характеристики струй в данной области мало отличаются между собой. Это позволяет принять в качестве исходной для исследования характеристик элементов упрощенную схему струи, показанную на рис. 7.1, а. [c.59] Для получения данных о форме и размерах внешней границы струи и о распределении скоростей в сечениях струи был проведен анализ опытных характеристик, содержащихся в указанных ранее работах, а также были поставлены дополнительные опыты уже непосредственно со струйными элементами, предназначенными для использования в устройствах автоматического управления. [c.61] Здесь Ь — полуширина струи, определяемая по характеристикам (рис. 7.3,а и 6) как отрезок оси абсцисс от начала координат до характеристики, соответствующей данному значению к. На рис. 7.4, а отложены для различных значений к/с1о отношения Ь1(1о, определенные из экспериментальных характеристик (рис. 7.3, а и 6). Соответствующие точки ложатся вблизи от луча, составляющего с осью струи угол а/2 = 8°40. На рис. 7.4,6 внешний контур струи, определяемый на упрощенной схеме (рис. 7.4, а) значением угла а/2 = 8°40, сопоставлен с контуром струи, представленной на рис. 7.1,6 при а1 = 16°20, аг=25° [3]. [c.61] На участке от выходной кромки сопла до /г/ о=15, для которого на рис. 7.4, б сопоставлены один н другой профили (этот участок представляет основной интерес при изучении в дальнейшем характеристик струйных элементов), оба профиля близки. [c.63] По визуальным наблюдениям и по данным проведенной автором обработки фотографий в большинстве случаев обнаружена форма струи, близкая к указанной па рис. 7.4,6, однако были определены для начального участка струн значения а/2. [c.63] Отмеченное подобие профилей скоростей на основном участке струи в удалении от границы ее начального участка и в рассматриваемой здесь переходной области было использовано наряду с указанными ранее геометрическими данными (рис. 7.4, 6) для обоснования выбора исходной для проводимых далее исследований упрощенной схемы струи, представленной на рис. 7.1, а. [c.64] Формула (7.6) согласуется с выводами теории струй и с опытными данными только для струй круглого сечения. [c.65] Здесь ао — ширина щели. [c.65] Опытные характеристики изменения скорости течения в струе, приведенные на рис. 7.2 и 7.3, относятся к случаям, когда сопла имеют размеры порядка сантиметров или дециметров. Проходные сечения сопел струйных элементов пневмоники часто измеряются десятыми долями миллиметра. Для струй, вытекающих из столь малых сопел, также остаются в силе указанные расчетные соотношения, причем они сохраняются и при относительно высоких давлениях. Это подтверждается характеристиками, представленными на рис. 7.6 [22]. На рис. 7.6, а пунктирными линиями очерчены сечения струи, определяемые ранее указанными углами а/2 и р/2 на рисунке также показаны и опытные точки. На рис. 7.6, бив сплошными линиями показаны опытные характеристики P lPo = (p sn) и Рос/Ро = Ф(/г ), полученные при исследовании струи, вытекающей из сопла круглого сечения с da = 0,8 мм. На рис. 7.6, г и д представлены аналогичные характеристики для щелевого сопла с шириной щели 0,31 мм и длиной 1,2 мм. Пунктирными линиями на рис. 7.6,6—д показаны расчетные характеристики, отвечающие приведенным выше формулам. [c.66] На рис. 7.7, б показаны характеристики Рс/Ро Д ф ) рассчитанные по формуле (7.15) для ho,, = 6 прп Ф, равном 0°, 5°, 10°, 30° и 90°. [c.68] Рассмотрим сначала первый из указанных выше вопросов. [c.69] При выводе формул (7.13) и (7.14) были условно приняты осредненные значения коэффициента турбулентной структуры струи а, которым учитываются условия течения в выходном сечении сопла [5] при дальнейшей разработке теории турбулентных струй влияние начальной неравномерности поля скоростей учтено введением в рассмотрение относительной величины пристеночного пограничного слоя в выходном сечении сопла [3]. [c.69] На рис. 7.8, а показаны приведенные в работе [14] экспериментальные характеристики тахФп) = [ /( о струи, вытекающей из сопла, для которого фп = 0,975 и вс=1 (точки V). [c.70] В связи с тем, что на данную формулу делаются ссылки в ряде опубликованных в последнее время работ по пневмонике, остановимся на ней подробнее. [c.70] Анализ характеристик, получаемых при расчетах по этой формуле, показывает, что получаемые таким образом эпюры скоростей имеют большую протяженность в направлении диаметра сечения, чем это обычно наблюдается на опыте. В особенности это относится к сечениям, значительно удаленным от сопла. По формуле расчетным путем были получены профили распределения скоростей течения по сечению, показанные для hldo = 5,2 10 и 20 на рис. 7.8, б пунктирными линиями сплошными линиями здесь показаны характеристики, рассчитанные по ранее указанным формулам (7.3) и (7.4), которые, как было отмечено, чаще всего хорошо согласуются с опытными данными. Если же в отдельных случаях и наблюдаются расхождения между характеристиками, получаемыми расчетом по формулам (7.3) и (7.4), и характеристиками, получаемыми из опыта, то для рассматриваемых здесь значений h/do обычно из опыта получаются меньшие, чем по расчету, размеры сечения струи. Расчеты же по формуле (7.22) дают, наоборот, еще большие значения ширины струи, чем расчеты, проводимые по ранее указанным формулам. [c.71] Хотя для струй круглого сечения переход от ламинарного течения к турбулентному происходит при несколько больших величинах Re, однако и для этих струй значения Rerp очень малы. [c.71] Шлихтинга [110,48-] и других авторов [7]. Предварительно обратим внимание еще на одно обстоятельство, ограничивающее область применения приводимых ниже зависимостей. Они справедливы лишь для областей, находящихся в значительном удалении от сопла, из которого вытекает струя, и не могут быть применены для расчета течений в области, примыкающей к соплу. Между тем при исследовании характеристик элементов певмо-ники представляет наибольший интерес именно эта последняя область в удалении же от сопла происходит турбулизация течения, даже при истечении с очень малыми значениями Ре. [c.72] Вернуться к основной статье