Скачок уплотнения в сопле

Рис. 8-16. Зависимость интенсивности скачков уплотнения в сопле Лаваля от Яц и уа-

ВОЗНИКНОВЕНИЕ СКАЧКОВ УПЛОТНЕНИЯ В СОПЛАХ ПРИ КОНДЕНСАЦИИ ПАРА [c.24]

Элементарная газогидравлическая теория скачка уплотнения, установившая связь между давлением и плотностью до и после скачка, была дана Рэнкиным в 1870 г. и Гюгонио в 1887 г. явление образования скачков уплотнения в сопле Лаваля было обнаружено и изучено Стодола. [c.29]

Фиг. 2. 13. Схема отрыва пограничного слоя от стенок сопла при истечении с перерасширением и образованием косых скачков уплотнения в сопле.

При входе скачка уплотнения в сопло тяга, снимаемая с внутреннего контура камеры, начинает возрастать и интенсивность уменьшения тяги с ростом уменьшается. [c.15]

Сильный прямой скачок уплотнения в сопле. Если р уменьшится до величины рр, то изэнтропическое сверхзвуковое истечение имеет место почти до выходного сечения сопла. В связи с тем, что внешнее давление все-таки не равно давлению невозмущенного потока рс, постулируется наличие сильного прямого скачка в самом выходном сечении сопла. Такой процесс не нарушает основных законов, но в действительности он не имеет места ). Фактически устанавливается ряд косых скачков, как показано на рис. 12.21, б. [c.432]

Скачок уплотнения в сопле 430, 432, 433 [c.725]

В тех случаях, когда поле полного давления во входном сечении сопла равномерно, а очертания сопла настолько плавны, что в нем нет вихревых областей и скачков уплотнения, сопротивление сопла сводится к сопротивлению трения в пограничном слое. Ввиду того что длина сопла обычно не больше нескольких диаметров сопла, толщина пограничного слоя составляет малую [c.434]

Сначала поток расширяется, при этом давление от исходного значения Рвх = 0,1728 понижается до давления, приблизительно равного 0,2 10 . На кромке формируется интенсивный скачок уплотнения, в котором давление повышается до давления в окружающей среде рн = 0,0676, и отражается от профилированной стенки в результате давление возрастает до р = 0,18, что превышает значение давления на входе в сопло затем происходит отражение скачка от границы струи в виде волн разрежения. В результате давления падает до давления в окружающей среде 19 [c.291]

Заметим, что все вышеприведенные расчеты выполнены без учета нарастания пограничного слоя на обтекаемых поверхностях. Влияние пограничного слоя может быть учтено введением поправки в контур тела на толщину вытеснения б. Для этого необходимо применить какой-либо численный или интегральный метод расчета ламинарного или турбулентного пограничного слоя (гл. VI) совместно с изложенным выше методо<м сквозного счета. При наличии интенсивных скачков уплотнения в сверхзвуковом потоке возможен отрыв пограничного слоя (гл. VI, 6). Отрыв пограничного слоя приводит к картине течения в канале, существенно отличающейся от идеального расчета. Оставаясь в рамках приведенной выше методики расчета, можно попытаться в первом приближении учесть влияние отрыва на характеристики течения. С этой целью предлагается использовать зависимости для отношения давлений в зоне отрыва дг/ро и для длины отрывной зоны Ь/б (гл. VI, 6). При расчете течения методом сквозного счета от сечения, где начинается отрывная зона, как и в случае струи, на границе задается давление, равное давлению в зоне отрыва. Заметим также, что при расчете струи, вытекающей из сопла во внешний поток, возможно учесть влияние спутного потока, решая соответствующую задачу о взаимодействии двух сверхзвуковых потоков на границе струи. [c.293]

Сверхзвуковые потоки тормозятся, как известно, в сужающихся каналах. Поэтому для непрерывного торможения сверхзвукового потока может быть использован канал той же конфигурации, что и сопло Лаваля, называемый в этом случае сверхзвуковым диффузором. Действительно, в сужающемся канале скорость сверхзвукового потока уменьшается, и если горло надлежащим образом рассчитано, то в нем устанавливается критическая скорость. Тогда в расширяющейся части происходит дальнейшее торможение дозвукового потока. Такой диффузор называется идеальным, однако он представляет собой только принципиальную теоретическую схему, реализовать которую на практике не удается. Трудность состоит в том, что сверхзвуковой поток в сужающемся канале является неустойчивым и под влиянием даже малых возмущений насыщается скачками уплотнений. В зависимости от формы сужающейся части система прямых и косых скачков может быть более или менее сложной, но во всех случаях является источником особых, так называемых волновых потерь энергии. Поэтому возникает задача управления системой скачков с целью сведения потерь к минимуму. Этого удается добиться приданием стенкам сужения особой формы, при которой в горле устанавливается скорость, близкая к критической. Таким образом, суммарные потери в сверхзвуковом диффузоре включают в себя помимо потерь вязкостного происхождения также волновые потери, связанные с образованием скачков уплотнения. Достаточно подробное изложение современных результатов исследования газовых диффузоров можно найти в [8]. [c.431]

В 3 и 6 были рассмотрены идеальные процессы. На практике при движении жидкостей или газов в каналах проявляется влияние свойства вязкости и внешних по отношению к потоку сил трения на стенках канала. Это влияние сильно возрастает для длинных каналов, в связи с этим характерно стремление делать короткие сопла. С другой стороны, при очень коротких соплах сильно нарушается равномерность распределения скоростей, возникают резко выраженные неравномерные пространственные движения с возможными отрывами потока от стенок и появлением карманов с противотоками. Не только основные размеры и соответствующий градиент давления, но и форма контуров канала оказывают большое влияние на распределение скоростей внутри канала. Необходимо также учитывать шероховатость стенок канала и в некоторых случаях тепловые потоки сквозь их стенки (например, в соплах ракетных двигателей движущийся газ имеет температуру порядка 3000° К). В сверхзвуковых потоках основным источником потерь и неравномерностей могут являться скачки уплотнения. Внутри сопла такие скачки могут образовываться в зависимости от некоторых геометрических свойств контура канала и независимо от формы канала на нерасчетных режимах истечения (см. 6). В связи с этим в значениях средних по сечению характеристик потока в сопле могут наблюдаться отклонения от значений, рассчитанных но идеальной теории, изложенной в 3 и 6. [c.93]

Получение регулярных потоков с малыми потерями при торможении в диффузорах — задача гораздо более трудная, чем получение ускоренных потоков с малыми потерями в соплах. В диффузорах идеальные обратимые движения нарушаются за счет тех же причин и свойств среды, что и в соплах, однако при торможении потоков влияние перечисленных выше факторов проявляется в более сильной степени. В диффузорах из-за движения против возрастающего давления условия отрыва потока от стенок более благоприятны, чем в соплах, в которых движение ускоряется — частицы стремятся двигаться по потоку за счет падения давления. Для избежания отрывов на контурах диффузоров в дозвуковой части они должны быть плавными, без стыков и изломов и без слишком больших углов расширения. В сверхзвуковых диффузорах поток газа на входе сверхзвуковой и поэтому, как правило, у входа в диффузор образуются скачки уплотнения, в которых возникают большие потери механической энергии. [c.95]

Обозначим через 5 площадь сечения на выходе газовой струи из тела во внешнее пространство. Если скорость истечения газа относительно тела дозвуковая, то на выходе в однородной (по предположению одномерной теории) струе давление будет равно внешнему давлению Ро- Если сопло представляет собой расчетное сопло Лаваля, то давление в сверхзвуковой струе на выходе тоже равно Ро- Поток газа в сопле Лаваля может достигать сверхзвуковых скоростей за критическим сечением и затем внутри сопла Лаваля переходить в дозвуковое движение через систему скачков уплотнения. В этом случае на срезе сопла (в рамках одномерной теории) в истекающей дозвуковой [c.122]

В последнее время для определения объемного паросодержания и скольжения была разработана методика расчета этих параметров через полное давление торможения, измеренное при помощи зонда, который был установлен в выходном сечении трубы с диафрагмой [73]. Примерно аналогичный зондовый метод был применен и для определения перегрева жидкой фазы Б конусной части сопла Лаваля. Между тем, как установлено теоретически и экспериментально [18], при взаимодействии зонда со сверхзвуковой пароводяной смесью происходит образование перед ним косого скачка уплотнения, в котором могут протекать и процессы конденсации, и процессы испарения капель. Неучет этого может привести к значительным погрепшостям в определении параметров смеси. По этой же причине этот метод также не может быть использован для определения параметров точно в критическом сечении. [c.168]

Из данных табл. 4 следует, что к. п. д. сопел при больших противодавлениях принимают очень низкие значения. Если удлинением сопел расчетные противодавления понизить до значений ниже атмосферных, то в последующих V—V, VI—VI, VII—VII сечениях к. п. д. при наличии в этих сечениях ударов примут, как следует из табл. 4, более высокие значения, но все же эти значения, как связанные с ударными потерями, будут низки. Поэтому работа расширяющихся сопел на переменных режимах с повышением противодавления или с понижением начальных параметров пара связана со значительными потерями, возникающими из-за прямого скачка уплотнения в расширяющейся его части. На этом основании стараются не применять расширяющиеся сопла при отношении давлений po/pi в пределах от 2 до 4, используя для этого суживающиеся сопла с расширением пара в косом его срезе. [c.98]

На рис. 8-22 приведены экспериментальные данные, характеризующие интенсивность адиабатических скачков уплотнения в расширяющейся части сопла и расчетные кривые. Как видно, при небольших числах М] и слабых скачках сходимость теории с экспериментом удовлетворительна. Однако по мере увеличения Mi и Р2/Р1 рассогласование между теорией и экспериментом увеличивается. Аналогичная картина получена и для перегретого пара. [c.237]

В лаборатории турбомашин МЭИ введены в эксплуатацию различные стенды влажного пара, ориентированные на экспериментальное изучение следующих основных задач I) механизма конденсации в равновесных и неравновесных течениях влажного пара при больших скоростях и, в частности, скачковой конденсации 2) механизма и скорости распространения возмущений в двухфазной среде и условий перехода через скорость звука 3) основных свойств дозвуковых и сверхзвуковых течений в каналах различной формы с подробным изучением волн разрежения и скачков уплотнения в эту группу включаются исследования основных энергетических и расходных характеристик сопл, диффузоров и других каналов 4) двухфазного пограничного слоя и пленок, образующихся на поверхностях различных форм 5) течений влажного пара в решетках турбин (плоских, прямых и кольцевых) с подробным изучением структуры потока, углов выхода, коэффициентов расхода и потерь энергии 6) структуры потока и потерь энергии в турбинных ступенях, работающих на влажном паре, с подробным изучением оптимальных условий сепарации влаги из проточной части и явлений эрозии. [c.388]

Стенд IV с оптическим прибором Теплера обеспечен несколькими рабочими частями. Одна рабочая часть предназначена для исследования скачков конденсации и скачков уплотнения в сверхзвуковом потоке влажного пара, а также для исследования спектров обтекания различных тел. Другие рабочие части были ориентированы соответственно на исследование двухфазного пограничного слоя, спектров обтекания решеток профилей и течения в криволинейных каналах. На рис. 14-5 приводится чертеж плоского сопла, предназначенного для исследования скачков. Боковыми стенками служат два прямоугольных термостойких оптических стекла. Одна из торцовых стенок сопла выполнялась плоской, другая — профили- [c.391]

Третья группа соответствует режимам со скачками уплотнения в расширяющейся части сопла. При малых углах раствора расширяющейся части скачки в сопле близки по форме к прямым. При углах раствора, больших 15°, скачки в сопле косые. [c.158]

Схема течения в косом срезе решетки СА показана на рис. 9.12. Течение газа в косом срезе при > 1 происходит аналогично течению при обтекании внешнего тупого угла большего 180°. В минимальном сечении (в горле СА) скорость газа равна скорости звука. Около выходной кромки (в точке т ) происходит почти скачкообразное падение давления от его критического значения в горле (ртк ,) до величины pi на выходе из сопла. В результате из точки т исходит серия волн )разрежения, при прохождении через которые поток разгоняется и поворачивается в сторону свободной границы струи. Отражение волн разрежения от спинки соседней лопатки и возникновение скачков уплотнения в результате взаимодействия струй, вытекающих из соседних каналов, усложняет картину течения в косом срезе, но не нарушает общей закономерности разгона сверхзвукового потока в области косого среза. [c.155]

Сверхзвуковое течение в сопле происходит без скачков уплотнения. В таких соплах линия перехода прямая. [c.333]

В качестве примера на рис. 2-6 показаны интерферограммы одного периода нестационарного процесса возникновения скачка уплотнения в сопле Лаваля при спонтанной конденсации водяного пара во влажном воздухе. Схема и основные размеры сопла показаны на рис. 2-7. Там же построены кривые распределения относительного статического давления pjpm и относительной плотности двухфазной среды p/poi для нескольких промежуточных режимов одного периода при нестационарном потоке. Эти кривые получены путем расшифровки интерфе-рограмм, представленных на рис. 2-6 (кривая распределения давления за зоной спонтанной конденсации построена приближенно и служит только для качественного объяснения процесса). [c.26]

Если сопло с косым срезом работает при нерасчетном отношении давлений (когда турбина работает на переменных режимах), то несколько меняется угол отклонения струи и значение выходной скорости Швых- Однако при этом, как правило, не возникают ни отрыв потока от стенок сопла, ни скачок уплотнения в сопле сопло с косым срезом автоматически приспосабливается к изменению режима работы. Потери энергии при работе сопла с косым срезом на нерасчетном режиме оказываются значительно меньшими, чем в сверхзвуковом сопле с прямым срезом. [c.186]

В связи с задачами, вставшими перед создателями паровых турбин, значительное развитие получила динамика одномерного течения газа— газовая гидравлика Формула связи скорости и давления в стационарном потоке газа была установлена и экспериментально подтверждена Сен-Венаном и Вантцелем в 1839 г. Элементарная газогидравлическая теория скачка уплотнения, установившая связь между давлением и плотностью до и после скачка была дана Рэнкином в 1870 г. и Гюгонио в 1887 г. явление образования скачков уплотнения в сопле Лаваля было изучено Стодола. Полного своего расцвета газовая гидравлика достигла в первой половине нашего века в связи с вставшими перед нею запросами авиации, турбостроения и техники реактивного движения. [c.29]

Аналогичная картина взаимодействия имеет место при наличии во внешнем потоке косого окачка уплотнения, при возникновении скачка уплотнения в местной сверхзвуковой зоне на крыловом профиле, при нерасчетном истечении из сопла. [c.344]

Полный коэффициент скорости сопла фс можно представить в виде нроизведенпя трех коэффициентов, учитывающих потери на трение (ф/), потери от неравномерности потока и наличия местных скачков уплотнения в горле сопла (фр) и потери вследствие отклонения потока в выходном сечении от осевого направления (фа) [c.441]

Представляет также интерес торможение газовых потоков. Из выводов 1 и 2 следует, что дозвуковой поток можно затормозить расширяющейся трубой (диффузором), а для сверхзвукового потока эту роль выполнит сужающаяся труба. Опыт показывает, что в последнем случае поток газа неустойчив и в нем легко возникает система косых и прямых скачков уплотнения, в которых и происходит торможение. Скачки уплотнения представляют собой поверхности, при переходе через которые происходит разрыЕ)-ное (скачкообразное) изменение параметров газового потока. Поскольку, как мы увидим ниже, скачки уплотнения сопровождаются потерями энергии, возникает вопрос о таком профилировании трубы, которое обеспечило бы системы скачков с минимальными потерями. Функцию устройства, осуществляющего торможение сверхзвукового потока и преобразование его в дозвуковой, может выполнить труба той же конфигурации, что и сопло Лаваля, которая, однако, в данном случае является сверхзвуковым диффузором. [c.421]

Взаимодействие струи с потоком порождает многочисленные скачки уплотнения в плоскости, перпендикулярной обтекаемой поверхности и проходящей через середину отверстия (рис. 4.9.1,а). Непосредственно перед ним возникает косой скачок А5, идущий от окрестности точки отрыва, а перед верхней частью границы струи — криволинейный скачок DB. Встречаясь в точке В, эти скачки образуют тройную конфигурацию, за которой находится система волн разрежения G. Скачок в виде диска, характерный для недорасширенных круглых струй, искривляется и занимает положение DE. В окрестности точки присоединения возникает хвостовой скачок уплотнения F. Эти скачки образуют сложную пространственную конфигурацию. На рис. 4.9.1,6 видны границы головного 4 и хвостового 6 скачков уплотнения, представляющие собой линии, где потоки, идущие вдоль обтекаемой поверхности, встречаются (линии стекания ). Эти линии являются одновременно границами передней и задней застойных зон. На рис. 4.9.1,6 нанесена также линия, на которой потоки, идущие сверху вниз к обтекаемой поверхности из области повышенного давления за скачком АВ, у стенки сопла растекаются в разные стороны (линия растекания 5). Линии V, 2, 3 являются следами П-образных вихрей. [c.339]

Можно предполагать, что наибольшего значения боковая сила, возникающая от перераспределения давления по внутренним стенкам сопла при инжекции, достигает тогда, когда в выходном сечении сопла скачок уплотнения попадает в точки пересечения ьнутренней поверхности сопла и меридиональной плоскости, перпендикулярной плоскости, проходящей через ось сопла и отверстие (точки и на рис. 4.9.5). Соответствующее этому оптимальное значение радиуса скачка уплотнения в выходном сечении сопла [c.347]

Примером образования скачка уплотнения может служить истечение газа из сужающегося канала (сопла) в среду, находящуюся под давлением, меньшим критического. Струя газа вытекает из сопла под критическим давлением. В среде, окружающей сопло, масса газа расширяется, скорость его течения увеличивается и становится больше скорости звука затем после расширения струя тормозится. Торможение может осуществляться, как это указывалось, только с образованием скачка уплотнения. В рассматриваемой массе струи газа, плотность и давление становится большими, чем в окружающей среде. Это ведет снова к расширению массы газа и образованию нового скачка уплотнения. Струя, вытекающая из сопла в среду с давлением, меньщим критического, будет состоять из ряда скачков уплотнения. В каждом скачке уплотнения происходят гидравлические потери. Запас энергии струи от одного скачка к другому уменьшается до тех пор, пока поток полностью не смешивается с массой окружающей среды. [c.124]

Согласно (5.13) выражается через потери полного давления л = рУр1 = о. Отношение а для прямоточного двигателя зависит от аэродинамических качеств процессов в диффузоре, в камере сгорания и в сопле. Это отношение особенно чувствительно к потерям в сверхзвуковом диффузоре, которые могут быть значительными из-за скачков уплотнения. В частности, из формулы (10.19) можно указать такие значения я 1, когда не только но и 1 С и вместо тяги получается соп- [c.140]

Стенд III (риа. 2,1) контур влажного пара с оптическим прибором Теп-лера и интерферометрической приставкой к нему — обеспечен несколькими рабочими частями. Одна из них предназначена для исследования скачков конденсации и скачков уплотнения в сверхзвуковом потоке влажного пара, а также спектров обтекания различных тел (рис. 2.3, a)j. Другие рабочие части предназначены соответственно для исследования двухфазного пограничного слоя и пленок <рис. 2.3,6), движения влажного пара в йлоских соплах и диффузорах, а также [c.23]

Характер изменения ДуЗст (еа) в интервале 0,4<ба<0,52 свидетельствует о появлении резонансных явлений, причем существенно, что наибольшие амплитуды показывают датчики 2 и 4. Можно предположить, что в рассматриваемом диапазоне режимов система косых скачков уплотнения в выходном сечении сопла совершает колебательные движения. Колебания обусловлены пульсациями параметров в замкнутых отрывных зонах 5i и 5г и в основном изменениями давлений и скоростей перед косыми скачками, возни-каюш,ими благодаря миграции конденсационных скачков. Частота колебаний системы косых скачков может быть равна или кратна частоте миграции конденсационных скачков, что и приводит к резонансу в указанном диапазоне Бд. [c.208]

В соплах Лаваля также действуют все факторы, подавляющие и генерирующие турбулентность (в конденсирующемся и парокапельном потоках). Вблизи минимального (критического) сечения, в котором М=1, продольные градиенты давления достигают максимальных значений и пограничный слой ламинаризируется. За минимальным сечением реализуется конденсационный скачок, положение и интенсивность которого определяются начальными параметрами пара и профилем в расширяющейся части сопла за минимальным сечением. Конденсационный скачок турбулизирует пограничный слой за критическим сечением, а выпадающая при конденсации мелкодисперсная влага частично подавляет генерируемую турбулентность. При достаточной интенсивности конденсационный скачок может вызвать отрыв ламинаризированного в минимальном сечении слоя отрыв локализуется в последующем конфузорном сверхзвуковом течении. Подчеркнем, что при работе сопла на нерасчетных режимах с адиабатными скачками уплотнения в расширяющейся части конденсационный скачок обеспечивает менее интенсивную диссипацию кинетической энергии в сопле, так как способствует снижению интенсивности адиабатного скачка и вследствие турбулизации пограничного слоя предотвращает его отрыв. [c.213]

На режимах бт>еа>ек были произведены измерения давления торможения на выходе из сопла (в дозвуковой области). На рис. 8-17 нанесены экспериментальные значения коэффициентов восстановления, полученные путем осреднения по сечению. Все данные относятся к режимам, когда крупнодисперсной влаги на входе в сопло не было- Здесь же нанесены значения g, рассчитанные для перегретого пара (й=1,3) по экспериментально измеренному относительному статическому давлению потока перед скачком уплотнения. В области малых перегревов (область 1) перед скач- [c.230]

Данные теоретических расчетов подтверждаются экспериментальными исследованиями изменения параметров влажного пара и дисперсности жидкой фракции в соплах Лаваля на нерасчетных режимах. На рис. 6-9 показано распределение статического давления s = Pi/po, радиуса капель Гк и интенсивности рассеянного света J вдоль плоского сопла Лаваля. Жидкая фаза возникала в зоне спонтанной конденсации (сечение сопла I 20 мм) и далее проходила через прямой скачок уплотнения (сечение / 70 мм). Опыты показывают весьма слабое изменение среднего радиуса капель в зоне скачка уплотнения, в то время как интенсивность рассеянного света J резко падает. Поскольку J ktir K, то при Гк = = onst уменьшение J свидетельствует об уменьшении числа частиц п и, следовательно, влажности у. Полученная в опытах и расчетным путем величина зоны релаксации I составляла около 1,5-10 м. [c.129]

Наиболее интенсивные источники широкополосного шума находятся в переходном участке струи. Угол (р, при котором наблюдается максимум излучения в дальнее поле, увеличивается с ростом скорости истечения и температуры струи. Так, для холодной струи (Мо = 1,5, То = 288 К) угол максимального излучения 25°, а для высокотемпературной струи (Mq = = 3,5, То = 3000К)угол(/ %65° [7.3]. Следует отметить, что если максимум акустического излучения шума смешения соответствует диапазону углов (/3 3 30 - 60°, то широкополосный шум, обусловленный скачками уплотнения, не обладает ярко выраженной направленностью. Интенсивность этого шума определяется интенсивностью скачков уплотнения в струе и практически не зависит от температуры торможения на срезе сопла. В то же время шум смешения возрастает с ростом температуры торможения. Поэтому шум, вызванный скачками уплотнения, в наибольшей степени проявляется для холодных струй и при больших углах (f, где шум смешения относительно мал. [c.180]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...