ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Костерин, Ю. А. Кошмаров, Ю. В. Осипов, Исследование течения и теплообмена разреженного газа в плоском сверхзвуковом сопле из "Тепло- и массоперенос Том 3 Общие вопросы теплообмена " Область течения разреженных газов, лежащая между областью континуума и областью свободно молекулярного течения, в настоящее время изучена очень слабо как в теоретическом, так и в экспериментальном отношениях. [c.462] Для каждого исследовавшегося тела (шар, конус, цилиндр, пластина) зона исследований ограничена по числу Re, М, Кп. Во всех этих опытах производились измерения лишь средних характеристик теплообмена и сопротивления, что затрудняет их использование при построении рациональной теории для этой области механики газов. Таким образом, задачи о теплообмене и трении в промежуточной области течения в настоящее время могут успешно решаться лишь на базе соответствующего экспериментального исследования. [c.463] Исследования, о которых здесь сообщается, посвящены опытному изучению теплообмена и течения разреженного газа в соплах. [c.463] Схема опытной установки для исследования течения и тепл1)обмена разреженного газа в соплах показана на рис. 2. Основными элементами установки являются блок насосов предварительного разрежения блок Бысоковакуумных паромасляных бустерных насосов холодильник барокамера с обводной (байпасной) линией электрический подогреватель испытываемое сопло, расположенное в барокамере. [c.463] Объектами исследований были плоские сопла с различной геометрией. 1В качестве рабочего тела использовался воздух, который предварительно осушался селикагелем и подогревался. Перед соплом воздух тщательно перемешивался с помощью решеток, чем достигалась равномерность его параметров по сечению на входе в сопло. [c.463] Проточная часть сопел была образована в помощью двух симметрично расположенных передвижных колодок, которые плотно зажимались между двумя прозрачными плитами из кварцевого стекла (рис. 2). Вариация конфигурации проточной части С0 пла достигалась путем перестановки колодок. При этом была возможность менять размер критического сечения и угол раствора сверхзвуковой гчасти сопла. Поверхности колодок, обтекаемые газом, были тщательно отшлифованы. Соотношения между шириной и высотой прямоугольного канала сопла выбирались такими, чтобы в средней части канала получить течение, близкое к плоскому. [c.463] Высота передвижных колодок составляла 131 мм, ширина критического сечения менялась в опытах в пределах от 3 до S мм. При этом, как показали измерения профилей скоростей, в средней части сопла по всей длине имелась зона плоского течения. [c.463] Для исследования локальных значений коэффициентов теплоотдачи были изготовлены специальные а-калориметры, представляющие собой вырезку из безграничной пластины. Точное решение для такой плапины с граничными условиями третьего рода [Л. 12] позволяет на основании опытных данных о ходе изменения температуры в какой-либо точке калориметра весьма точно определить значение коэффициента теплоотдачи. При разработке конструкции калориметра особенно было важным создать гарантию отсутствия заметных утечек тепла от него в окружающие тела. Использовавшиеся калориметры изготовлялись в виде круглых пластинок небольшой толщины (2—4 мм) из электролитической меди, свойства которой хорошо изучены. Толщина пластинок выбиралась из условия заметного изменения температуры в средней точке калориметра за небольшой промежуток времени. Диаметр калориметров выбирался из условия получения малых утечек тепла по сравнению с основным потоком тепла от газа, а также из условий размещения их в зоне плоского потока. Локальные калориметры изолировались от остальной части стенки с помощью тефлоновых колец шириной 1 мм и высотой 1 мм. Торцовая часть а-калориметра, противоположная той, которая обтекалась газом, выходила в вакуумную камеру, где находился сильно разреженный покоящийся газ. [c.465] Времени во всех калориметрах и контрольных точках на сгенках коло-док. Все термопары по изготовлению тщательно тарировались в паре с соответствующим шлейфом осциллографа на специальном стенде. Ошибка в определении температуры, согласно тарировочным данным, могла составить лишь 0,1— 0,2° С. Инерционностью шлейфов при скоростях изменения температуры, имевших место в опытах ( ГС в секунду), можно было пренебречь. Для анесения марок времени был изготовлен отметчик времени на базе.моторчика Уоррена. Осциллограммы расшифровывались с помощью штангельциркуля с точностью отсчета линейного размера 0,05 мм, что соответствовало в среднем 0,005° С. [c.466] Максимальная (погрешность при опытном oin,ределении значений коэффициента теплоотдачи, как показал апециальный анализ, составляла 20—i26%. [c.467] Точность измерения расхода этим методом составляла величину порядка 1%. [c.467] Для исследования полей скоростей, давлений и температур были изготовлены соответствующие зонды. Зонды укреплялись на трехкомпонентном координатнике, позволяющем производить измерения в любой точке потока. При этом координатник позволял создавать любую ориентацию зондов. Координаты точек, в которых производились измерения, фиксировались с помощью отсчетных устройств, имеющихся на координатнике линейки с нониусами (точность отсчета 0,05 мм), и угломеры (точность отсчета + 2 ). Положение зондов контролировалось также визуально. [c.467] Для измерения скоростей использовались трубки полного напора диаметром 6 мм i открытым концом (тип А) и диаметром 9,15 мм со сферическим концом (тип Б). Конструкция этих зондов показана на рис. 3. В сильно разреженных потоках газа формула Рэлея, используемая для определения числа М, становится непригодной. Поэтому трубки были предварительно тарированы. Результаты тарировок удовлетворительно согласуются с данными аналогичных исследований [Л. 13 и 14]. Результаты измерения скоростей с помощью этих трубок проверялись также на основе сравнения вычисляемого по замеренным профилям скоростей расхода газа с расходом газа, измеренным с помощью объемного расходомера. Совпадение было удовлетворительным. [c.467] Для измерения температуры был изготовлен термопарный зонд (тип Г), конструкция которого показана на рис. 3. [c.469] Исследованиям были подвергнуты шесть плоских сопел, отличающихся друг от друга размерами критичеоких сечений и углами растворов сверхзвуковой части. В табл. 1 приведены геометрические характеристики этих сопел. [c.469] Исследования для каждого сопла проводились при различных расходах воздуха и температурах торможения леред со плом. В опытах одновременно измерялись температура торможения газа перед соплом, давление заторможенного потока перед соплом, распределение скоростей и температур в выходной части сопла, распределение статических давлений по стенке сопла, температура стенок сопла, локальные тепловые пото КИ в стенку сопла. Время опыта составляло 0,5—1,5 ч. Результаты измерений после расшифровки представлялись в виде, показанном на рис. 4. [c.469] Исследования характера течения разреженного воздуха в соплах обнаружили значительную разницу между изоэнгропичеоким течением не-вязког о газа с течением вязкого газа при наличии теплообмена. [c.469] Вернуться к основной статье