Особенности закрученных течений

ОСОБЕННОСТИ ЗАКРУЧЕННЫХ ТЕЧЕНИЙ [c.6]

Рассмотренные выше фиэ ические особенности закрученных течений отражаются на закономерностях протекающих в них процессов. Поэтому предлагаемое некоторыми авторами формальное использование методов, разработанных для осевых потоков, к потокам с закруткой на основе принципа спрямления линий тока возможно только при незначительной интенсивности закрутки. [c.7]

Необходимая система уравнений может быть получена непосредственно из (4.1) и (4.2) путем перехода к цилиндрической системе координат. Расчеты с использованием указанных уравнений при соответствующих граничных условиях позволяют проанализировать особенности закрученных течений с переходом через зону Вильсона. К ним относятся 1) смещение этой зоны по потоку при переходе от корневого обвода к периферийному, что объясняется радиальными градиентами температур и давлений 2) более резкое изменение термодинамических параметров, скоростей и углов по радиусу и вдоль канала 3) смещение прикорневой области отрыва и возвратных течений по каналу. Особенно важно, что благодаря флуктуационному механизму конденсации изменение пульсационных характеристик потока вначале происходит в корневых сечениях, где температуры пара ниже, чем в периферийных только на значительных расстояниях от входного сечения фиксируется снижение амплитуд пульсаций вблизи периферии. [c.177]

В некоторых литературных источниках [15, 34-40, 112, 116] сопловые устройства формирования закрученной струи называют завихрителями. Такое название соплового ввода, формирующего закрученный поток, вносит некоторую двусмысленность, связанную с завихренностью турбулентных течений. Изучение закрученных течений, особенно при достаточно высоких степенях закрутки, неразрывно связано с необходимостью изучения микроструктуры течения, а следовательно, и с завихренностью. Поэтому, когда речь идет о техническом аппарате, устройстве, использующем закрученные потоки, более оправдано употребление терминов устройство формирования закрученной струи (закручивающее устройство) или просто сопловой ввод. [c.11]

Очень часто закрученные течения, особенно в каналах представляют собой свободно-вынужденный вихрь. Граница между ними для осесимметричных каналов представляет собой также осесимметричную условную поверхность раздела вихрей. В зарубежной научно-технической литературе такой составной закрученный поток принято называть вихрем Рэнкина. Разделительная фаница для вихря Рэнкина определяется радиусом разделения вихрей Tj. Для Tj <г< г, движение газа подчиняется закону потенциального вихря, а для области О < г < — закону движения вынужденного вихря. В 1 л. 1.2 приведены общие характеристики вихрей [44]. [c.24]

Специфической особенностью закрученных потоков является возникновение областей течения с активным или консервативным воздействием центробежных массовых сил на структуру потока, в которых поле массовых сил способствует развитию случайных возмущений или подавляет их. [c.7]

Предложенная выше классификация не всегда оправдывается, так как характер течения закрученной струи вниз по потоку от закручивающего устройства зависит от его конструктивных особенностей, которые могут привести к существенному изменению профиля скорости в поперечном сечении (рис. 1.5). [c.21]

Полученные результаты позволяют предположить, что переход от ламинарного течения к турбулентному во внутренних закрученных потоках должен происходить специфическим образом. При малых числах Рейнольдса вследствие особенностей ра- [c.93]

Одной из перв<>1х и основополагающих работ, выполненных в этом направлении, является исследование Г. Г. Черного [65]. В этой работе в рамках линейной теории (слабая закрутка потока) изучается изоэнтропное радиально-уравновешенное течение произвольного закрученного потока в соплах. Черным Г. Г. впервые было показано, что такое течение обладает рядом специфических особенностей в частности, ускорение потока в прио-севой зоне выражено более существенно, чем в пристенной В связи с этим переход через скорость звука у оси канала происходит гораздо раньше, чем у поверхности ( втягивание звуковой линии в сопло). [c.107]

Предположения об отсутствии внутрифазной вязкости и неучет тепломассообмена, возникающего при конденсации или испарении, вносят дополнительные погрешности. Действительно, если учитывается вязкость несущей фазы, то в тех случаях, когда число Прандтля Рг=5 1 возникает неравномерное распределение температуры торможения (энтальпии торможения) по радиусу, т. е. вихревое перераспределение полной энергии (вихревой эффект Ранка [62]). При этом изменение термодинамических параметров р, р, Т вдоль координат (г, z) может значительно отличаться от рассчитанного изложенным методом. Пренебрежение эффектами тепломассообмена вносит погрешности, обусловленные тем, что не учитывается дополнительная конденсация в прикорневой зоне пониженных температур. Конденсация возникает в потоке несущей фазы и на каплях. Не исключено частичное испарение капель в периферийной области течения, где термодинамические температуры повышенные. Подчеркнем, что интенсивная конденсация происходит в отрывных областях закрученного потока, так как снижение температур в этих областях оказывается особенно значительным. [c.173]

Влияние вязкости несущей фазы, а также двухфазного пограничного слоя на границах канала можно оценить, сопоставляя результаты расчетов и опытов. Расхождение оказывается значительным, в особенности в концевых зонах, где двухфазный поток приобретает пространственную структуру под воздействием вторичных течений, возникающих у концов сопловой и рабочей решеток (или закручивающего аппарата). Значительное влияние дисперсности на характеристики закрученного потока также объясняет расхождение результатов расчета и опытов, так как реальная структура дискретной фазы всегда полидисперсная. [c.176]

В заключение опишем особенности расчета закрученного осесимметричного потока за турбо.машиной, ограниченного с внешней и с внутренней сторон осесимметричными поверхностями (рис. 113). Как уже указывалось в конце 45, в таком потоке на внутренней ограничивающей поверхности возможен отрыв и образование струйного течения с некоторым постоянным давлением и соответственной постоянной скоростью на границе струи [c.334]

Исследован пространственный неавтомодельный ламинарный пограничный слой сжимаемого газа в закрученном потоке. Уравнения пограничного слоя записаны к переменных, обеспечивающих постоянство коэффициентов перед старшими производными, и решены численным конечноразностным методом. Выяснены особенности пограничного слоя при наличии в канале возвратно-циркуляционной области течения. [c.533]

При течении в сопле с начальной закруткой по закону твердого тела возникает зона обратных токов и в области сужения сопла образуется критическая линия, на которой продольная составляющая скорости внешнего потока г l обращается в нуль. Эта линия является особой для уравнений пограничного слоя. Аналогичная особенность возникает при расчете пограничного слоя в гидродинамической модели вихревой форсунки [1], а также при обтекании закрученным потоком осесимметричного тела с протоком и затупленными передними кромками. [c.538]

Рассмотрим ситуации со скрытыми инвариантами, возникающие в теории затопленных струй. Струйные течения, в частности закрученные струи, играют не только важную практическую роль, но и в теоретическом плане имеют столь нетривиальные особенности, которые не перестают давать пищу для ума исследователей в течение более чем полувека. Задача о закрученной струе впервые была сформулирована в рамках теории пограничного с.поя н приближенно решена Лойцянским в 1953 г. [90]. Решение строилось в виде асимптотического ряда по целым обратным степеням расстояния от точечного источника струи. Заданными величинами, характеризующими закрученную струю, считались интегралы сохранения импульс /, расход Q и момент количества движения L. [c.33]

Согласно современным представлениям, возмущения, возникающие в сдвиговых течениях, мграют существенную роль в происходящих там процессах тепломассообмена. Во. многих случаях эти возмущения носят достаточно организованный, трехмерный характер, что позволяет их классифицировать как когерентные вихревые структуры. В закрученных течениях это проявляется особенно отчетливо и своеобразно. [c.144]

Анализ структуры и особенностей развития закрученного течения, выполненный в этой главе, основан на фундаментальном опытном исследовании полей < коростей и давлений в цилиндрическом канале, в условиях начальной закрутки потока аксиально-лопаточными завихрителями. Скоростные характеристики потока измерялись термоанемометрической аппаратурой, давление — миниатюрными трехканальными пневмометрическиьш зондами. Координатное измерительное устройство имело две степени свободы, точность радиального перемещения датчиков составляла 0,01...0,02 мм. №мерительные сечения находились на расстояниях 1, 4, 7, 10, 20, 40, 60, 80, 100,120 и 145 диаметров от источника закрутки. Исследовалось воздушное изотермическое течение при Ее = 5 10 . ..1,5 10. [c.32]

Иа рис. 7.23 схематично изображена структура закрученного течения в вихревой камере с открытым выходом. Особенность течения заключается в образовании обширной приосевой зоны обратных потоков, граница которой обозначена штриховой линией. При этом максимумы как осевой, так и тангенциальной компонент скорости смеи1,ены к периферии, что следует из осредненных но времени профилей. Анализу структуры осредненных по времени режимов подобного типа посвящено довольно мтюго работ (см. Штым, [1985]). Нас, однако, интересуют нестационарные явления. [c.420]

Модел>ь радиально-уравновешенного течения. Вращение потока в сопле, как правило, приводит к тому, что течение посит сложный пространственный характер с отрывными зонами, в связи с чем теоретическое и экспериментальное исследование таких течений зачастую оказывается невозможным. Поэтому представляет интерес рассмотреть некоторые простейшие типы закрученных потоков с тем, чтобы на их примере понять качественные особенности таких течений. [c.197]

Одной ИЗ наиболее характерных особенностей течения закрученного потока по осесимметричному каналу является открытый в 1931 г. французским инженером металлургом Ж.Ж. Ранком эффект, заключающийся в существенной температурной неравномерности в потоке газа по сечению канала. При определенной конструкции устройства с закрученным потоком его удается разделить на два потока, различающиеся по полной энтальпии. Это явление получило название эффекта Ранка, или эффекта энергоразделения [244, 247]. [c.26]

Циклонно-вихревые устройства применяются в промышленности с конца 19 века [15, 2091 Для разделения сыпучих материалов. Использование особенностей течения закрученного потока в циклонных камерах относится к 20-30-м годам текущего столетия. Уже в середине века появились монографии, посвященные вопросам организации р1абочего процесса в циклонных топках. Сепарационная способность закрученных потоков широко используется в системах осушки и очистки газов. Типичная схема циклонного сепаратора показана на рис. 1.12. Обеспечение [c.33]

Микро- и макроструктур закрученного потока представлякгг особый интерес для понимания физического механизма процессов течения и тепломассообмена. На структуру турбулентного течения существенно влияют особенности радиального распределения осредненных параметров и кривизна обтекаемой газом поверхности. При этом поле турбулентных пульсаций при закрутке всегда трехмерно и имеет особенности, отличающие его от турбулентных характеристик осевых течений [16, 27, 155, 156]. Одно из основных и характерных отличий состоит в том, что в камере энергоразделения вихревой трубы наблюдаются значительные фадиенты осевой составляющей скорости, характеризующие сдвиговые течения. Эти градиенты наиболее велики на границе разделения вихря в области максимальных значений по сечению окружной составляющей вектора скорости. Приосевой вихрь можно рассматривать как осесимметричную струю, протекающую относительно потока с несколько отличной плотностью, и естественно ожидать при этом появления эффектов, наблюдаемых в слоях смешения струй [137, 216, 233], прежде всего, когерентных вихревых структур с детерминированной интенсивностью и динамикой распространения. Экспериментальное исследование турбулентной структуры потоков в вихревой трубе имеет свои специфические сложности, связанные с существенной трехмерностью потока и малыми габаритными размерами объекта исследования, что предъявляет достаточно жесткие требования к экспериментальной аппаратуре. В некоторых случаях перечисленные причины делают невозможным применение традиционных [c.98]

Макроструктуру потоков изучали как отечественные, так и зарубежные авторы [112. 116, 146, 168, 184, 204, 209, 227, 236, 245, 265]. Уже первые исследователи столкнулись с непреодолимыми трудностями зондирования потока в камере энергоразделения вихревой трубы и были вынуждены прибегнуть к методам визуализации. Шепер [156] предпринял одну из первых попыток выявления харакгерных особенностей течения закрученного потока в трубе на различных режимах работы по ц, используя для этой цели визуализацию дымом и шелковыми нитями. Опыты ставились при d = 38 мм и позволили выявить четыре наиболее характерных режима ее работы, различающихся диапазоном и характерными значениями относительной доли охлажденного потока ц < О — режим эжектирования газа через отверстие диафрагмы (режим вакуум-насоса) ц = О — режим рециркуляции охлажденного потока через отверстие диафрагмы О < ц < 1, — режим наи-более часто встречающийся в технических устройствах, и ц = 1 — режим дросселирования с элементами энергоразделения и создания локальных зон повышенной температуры в сечении, удаленном от соплового ввода. Позднее Ш.А. Пиралишвили и [c.99]

Микроструктура закрученного потока представляет особый интерес для понимания физического механизма процессов течения и тепломассообмена. На структуру турбулентного течения в камере энергорааделения вихревых труб значительно влияют особенности радиального распределения осредненных параметров и кривизна обтекаемой газом поверхности. При этом поле турбулентных пульсаций закрученного ограниченного потока всегда трехмерное и имеет особенности, отличающие его от турбулентных характеристик незакрученных течений [15, 18, 30, 181, 196]. На рис. 3.11,а показаны интенсивность турбулентности е закрученного потока в системе координат, связанной с криволинейной линией тока, где — продольная, — поперечная и ц — радиальная составляющие турбулентных пульсаций в зависимости от относительного расстояния до стенки камеры энергоразделения y/R. [c.115]

Одной из основных геометрических характеристик вихревой трубы является радиус разделения вихрей г . Физико-математическая модель, построенная на гипотезе взаимодействия вихрей, позволяет рассчитывать величину на режимах, когда истечение из отверстия сопла-завихрителя соответствует критическому. Для докритических режимов истечения обычно принимают rj = г, [116]. Это весьма жесткое допушение, так как оно исключает возможность формирования свободного квазипотенциального закрученного потока в узкой кольцевой зоне, прилегающей к внутренней цилиндрической поверхности камеры энергоразделе-ния. Практически это означает полное отсутствие возможности взаимодействия вихрей, так как будет существовать лишь один приосевой вынужденный вихрь, вращающийся как квазитвердое тело. Устранить это внутреннее противоречие можно, если в математическую модель ввести оценку значения rj, основанную на законах сохранения массы, энергии и момента количества движения с учетом особенностей турбулентного характера течения. Рассмотрим модель вихревой трубы с тангенциальным вдувом газа через щель сопла на внутренней поверхности трубы радиусом [c.188]

Внутреннее закрученное движение характеризуется еще одной важной особенностью. Поскольку поток движения по винтовой линии, то в пристенной области имеет место течение, аналогичное обтеканию вогнутой поверхности. Радиус ее кривизны не является постоянным, а определяется углом закрутки потока на поверхности канала. Около вогнутой поверхности, как известно, обменные процессы усиливаются, а в непосредст- [c.6]

Интегральные методы являются мощным средством получения инженерных соотношений в задачах, связанных с определением энергетических потерь, интенсивности тепло- и массооб-мена при турбулентном режиме течения [25]. Эти методы в полной мере приемлемы и для расчета закрученных потоков, но при этом Должны быть учтены специфшюские особенности распределения скоростей и давлений в радиальном направлении. [c.23]

Течение закрученного потока в расширяющихся осесимметричных каналах характеризуется специфическими особенностями. Взаимодействие продольного и поперечного градиентов статического давления приводит к возникновению обратных течений, открытых или замкнутых вихревых областей и т. д. Бос-селом [ 3] было установлено, что эти явления в основном обусловлены невязкими членами. Им же было установлено слабое влияние производных в осевом направлении на величину окончательных результатов. В квазицилиндрическом приближении (- = 0) при условии начальной закрутю по закону твердого тела идеальное течение в расширяющемся [c.110]

Распределение статических давлений по радиусу в диффузор-ном канале с начальным цилиндрическим участком показывает характерное для закрученных потоков возрастание pjpa от корня к периферии. Радиальные градиенты давления максимальны вблизи входного сечения канала и уменьшаются к выходному сечению практически до нуля, что определяется заданным граничным условием Рг= onst. Изменение степени влажности от 20 до 50 % слабо сказывается на распределении давлений по радиусу, в особенности вблизи выходного сечения при z = 0,018 влияние влажности прослеживается с увеличением г/к, давление несущей фазы возрастает. Расчеты выполнены для сильно закрученного потока с начальным углом ai = 75°, что характерно для потока за сопловым аппаратом турбины. При малой начальной закрутке (ai=25°), т. е. с приближением к осевому течению, влияние степени влажности увеличивается, однако радиальные градиенты давления резко снижаются, в особенности для крупных капель. Подчеркнем, что дисперсность влияет на радиальное распределение давлений значительно сильнее, чем степень в ажности. Вдоль периферийного и корневого обводов при постоянной степени влажности давления падают для крупных капель. Мелкие капли слабее влияют на изменение р[ро вдоль корневого обвода. [c.173]

Для ступени 1А (рис. XII.30, а), имеющей цилиндрические обводы и спроектированной по условию СиГ = onst, совпадение результатов опыта и расчета хорощее. Небольшие расхождения вызваны влиянием вторичных течений у концов лопаток. Использование в расчете экспериментальных значений угла xi позволяет учесть деформацию кромочного следа у корня и периферии ступени, однако эта поправка невелика. Достаточно хорошее совпадение результатов расчетов и опытов получено также для ступени А-2 (рис. XII.30, б), закрученной по условию i = onst и имеющей небольшое меридиональное раскрытие у периферии у"= = 15°). Расчеты показывают, что даже при радиальном расположении выходных кромок НА, как это имело место для ступеней 1А и А-2, кромочные следы нерадиальны в плоскости входных кромок РЛ. Поэтому для достаточно длинных лопаток при переменных по высоте ступени зазорах бг и углах 1 и в особенности для ступеней с ТННЛ о положении кромочных следов НЛ при входе в РК корректно можно судить, лишь выполнив расчеты, аналогичные приведенным выше. [c.221]

Ступень турбины с постоянным углом выхода потока из соплового аппарата. Одним из законов профилирования, получивших весьма широкое применение, является закон = onst. В этом случае сопловые лопатки имеют почти постоянный профиль по высоте, что значительно упрош,ает технологию их изготовления и делает более удобным осуш,ествление внутреннего охлаждения. При = onst получается сравнительно пологое изменение реактивности вдоль радиуса. Это позволяет осуш,ествить более благоприятные формы течения -на периферии и у корня лопаток (при длинных лопатках, характерных для последних ступеней турбины). Рабочие лопатки тоже оказываются менее закрученными, чем в случае СиГ = onst из-за меньшего изменения Pi и особенно Рг- [c.179]

Роль реакции стенки можно оценить г и рассмотрении истечения закрученного потока из трубы. В связи с исчезновением стенки и ее реакции радиус потока возрастает до его полного распада. Причина расщирения — наличие центробежной силы г и отсутствии уравновещивающей силы. Таким образом, наличие стенки является обязательным условием существования сплощного вращающегося течения. Эта же особенность сплощного потока играет важную роль в различных теплотехнических устройствах. В связи с наличием контакта между потоком и стенкой ее температура близка к температуре потока. Это гфиводит к тому, что свойства материала стенки в значительной степени ог еделяют максимальную температуру потока, а это, в свою очередь, ограничивает эффективность работы, например, тепловых двигателей, эффективность которых существенно зависит от температуры горячего источника (в связи с требованиями теоремы Карно) [16, 21]. [c.62]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...