ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы ДРОССЕЛИ И ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ КАМЕРЫ КАК ЭЛЕМЕНТЫ ПНЕВМОНИКИ Характеристики дросселей из "Теория элементов пневмоники " В струйных элементах, у которых истечение воздуха из сопел происходит при больших перепадах давлений, в некоторых случаях скорость течения может превышать скорость звука в соответствующей среде. При этом могут образовываться скачки уплотнения, при переходе через фронт которых происходит необратимая потеря механической энергии (подобно тому как это наблюдается при дросселировании течений). [c.232] Исследование сверхзвуковых струйных элементов имеет двоякое значение. [c.232] В тех случаях, когда в струйных элементах могут возникать сверхзвуковые скорости течения, если даже и не ставится специально задача использования их свойств, важно знать, какими при этом являются характеристики струй в этой части целесообразна и более общая постановка вопроса, связанная с рассмотрением не только сверхзвуковых, но и околозвуковых скоростей течения. [c.232] Резкое изменение давлений в скачках уплотнений в некоторых случаях специально используется с целью увеличения коэффициентов усиления при управлении отклонением струй. [c.232] Для сужающихся сопел возможны лишь Мо 1. Как следует из рис. 22.1,0 и а для всей области докритическкх режимов истечения относительные характеристики струи очень мало зависят от начальной скорости истечения и соответственно от перепада давлений до и после сопла. Поэтому можно считать, что выводы, сделанные в 7, в равной мере относятся к любым перепадам давлений, при которых скорость течения в струе не превышает скорости звука. [c.234] Сверхзвуковые скорости течения могут возникнуть при больших перепадах давлений только в том случае, если выходная часть сопла расширяющаяся. Имея в виду возможность получения в некоторых случаях сверхзвуковых скоростей течения, следует оговорить, что приведенные на рис. 22.1 характеристики для Мо 1 относятся к так называемым расчетным режимам течения, при которых давление в выходном сечении сопла равно давлению в пространстве, в котором распространяется струя. При нерасчетных режимах сверхзвукового течения на некотором участке струи за соплом образуется система скачков уплотнения, и лишь за пределами этого участка, называемого газодинамическим, статическое давление в струе становится равным давлению окружающей среды. За пределами газодинамического участка развитие сверхзвуковой струи подчиняется тем же законам, что и при расчетном режиме течения. Отношение площади сечения струи в конце газодинамического участка к площади выходного сечения сопла n = f /fo, которое называют степенью нерасчетности струи, приближенно равно отношению статического давления в выходном сечении сопла к давлению в пространстве, в котором распространяется струя. На нерасчетных режимах с увеличением Пс значительно повышается скорость течения. На рис. 22.1, 9 показаны для различных значений Пс характеристики иос/Уо=ф(/г/о о) при Мо=1,5 (кривые, показанные на рис. 22.1, ( , соответствуют данным теории струй, точки на рис. 22.1,5 опытные). [c.234] Приведенные данные относятся к свободным струям. Если вблизи от выходного сечения сопла находится стенка, перегораживающая струю, из-за расширения потока (при его повороте у стенки) могут создаваться сверхзвуковые скорости течения даже тогда, когда само сопло не имеет в выходной части расширяющегося участка. При этом в зазоре между соплом и приемным каналом образуется система скачков уплотнения, от положения которых, меняющегося с изменением давления питания, существенно зависит давление на входе в приемный канал. Характеристики элемента сопло — приемный канал при малых расстояниях между соплом и приемным каналом и при очень высоких давлениях воздуха перед соплом, достигающих 70 кГ/см , были исследованы К. И. Ридом [37]. [c.235] При выводе аналогичных формул для косых скачков уплотнения используются те же исходные соотношения, что и для прямого скачка, только лишь скорости течения заменяются их компонентами, нормальными к фронту скачка, и вводится поправка в членах исходных уравнений, в которые входит квадрат числа Маха [47]. [c.237] В сверхзвуковых струях при нерасчетных режимах течения, как уже было ранее отмечено, образуется система скачков уплотнения. [c.237] При воздействии на сверхзвуковую струю другой струей меняется расположение фронта скачков, и это может вызывать резкие изменения давлений. Последнее используется в сверхзвуковых струйных элементах. Характеристики одного из элементов этого типа были исследованы Д. С. Дозаном и В. Ж. Ширеном [63]. [c.237] На рис. 22.4,6 показана картина течения при Р1/Р0, определяемом величиной 10%. Структура скачков здесь уже существенно иная. Произошло разрушение описанного ранее прямого скачка уплотнения и образовалась система пересекающихся косых скачков. На этом рисунке дополнительно введено обозначение 8 для отклоненной результирующей струи. [c.240] На рис. 22.3, б приведены характеристики рз/ро = ф(бО (где 61 —угол, отсчитываемый, как показано на рис. 22.3, а), снятые для описанных выше струй в случаях, когда р 1р.) определялось в процентах величинами О, 10 и 15%. Для первых двух случаев ранее были рассмотрены визуализированные картины течений. Согласно рис. 22.3, б при рх1ро = 0 для 61 -1- Г получается очень низкое давление на выходе, определяемое относительной величиной рз1ро= = 0,098. Это объясняется большими потерями механической энергии потока при прохождении его через прямой скачок уплотнения, показанный на рис. 22.4, а. Далее по обе стороны от указанной области значений 61 величина рз/ о возрастает, так как линии тока пересекают образующуюся между центральной частью струи и ее границами систему пересекающихся косых скачков, где потери меньше. [c.240] В 6 раз (от 0,098 до 0,605). Следует отметить, что коэффициент усиления был бы еще большим, если бы после создания управляющего воздействия входное сечение трубки Пито не оказывалось в области сверхзвукового течения, когда прямой скачок должен образовываться перед входом в канал трубки. [c.241] На рис. 22.3,8 показаны характеристики рз1ро=ц Ь ), аналогичные характеристикам, представленным на рис. 22.3, б, полученные при расположении входного конца трубки Пито на расстоянии Ь/ао=5. [c.241] В элементах, действие которых основано на использовании пристеночных течений, при больших перепадах давлений также могут создаваться сверхзвуковые режимы течения, и тогда тоже должны учитываться особые свойства сверхзвуковых струй. [c.241] В формулах (23.1) и (23.2) G — весовой секундный расход воздуха, бр — разность давлений, р — плотность воздуха, принимаемая в данном случае постоянной, р, — динамический коэффициент вязкости, d и / — диаметр и длина канала дросселя. [c.242] При правильном выборе геометрических параметров и режимов работы дросселя линейная зависимость между расходом воздуха и разностью давлений до и после дросселя выдерживается с достаточной степенью точности. Вместе с тем имеется ряд факторов, под влиянием которых могут происходить отклонения от этой зависимости. Наибольшее значение для приборов пневмоники, работающих с малыми давлениями питания, имеют следующие из них нарушение ламинарного режима течения в канале дросселя (при превышении граничного значения числа Рейнольдса) увеличенные потери механической энергии потока на начальном участке формирования ламинарного течения местные сопротивления при входе потока в канал дросселя и на выходе из него. С увеличением перепадов давлений, под действием которых происходит истечение через дроссель, расходная характеристика дросселя оказывается уже нелинейной. Кроме того, с изменением давления на входе и на выходе, вследствие изменения плотности воздуха, становится неоднозначной зависимость между весовым расходом воздуха и разностью давлений до и после дросселя. При больших изменениях скорости воздуха по длине канала дросселя на характеристики процесса течения и в связи с этим на величину потерь, возникающих при дросселировании, может влиять и действие сил инерции, обусловленных ускорением потока воздуха в канале дросселя. [c.243] Рассмотрим более подробно влияние указанных выше факторов на характеристики дросселей рассматриваемого типа. Одновременный учет их влияния при теоретическом исследовании процесса течения воздуха по каналу дросселя представляется затруднительным однако возможна раздельная оценка влияния каждого из них, проводимая в предположении независимости их действия. Такой подход является оправданным, если отклонения от исходной линейной характеристики, вызываемые каждым из этих факторов, малы, а также в случаях, когда заранее известно, что влияние какого-либо из них превалирует над влиянием других. [c.243] Так как влияние различных факторов по-разному проявляется на отдельных участках характеристики G=/(6p), оказывается возможным так выбирать геометрию и режимы работы дросселей, чтобы максимально компенсировать возникающие отклонения от линейного закона. [c.244] Здесь Rerp — значение числа Рейнольдса, при котором ламинарное течение переходит в турбулентное. [c.244] Вернуться к основной статье