Волны разрежения и сжатия в сверхзвуковом потоке

Помимо волн разрежения и сжатия, в которых параметры потока меняются плавно, в сверхзвуковом потоке могут существовать поверхности, при переходе через которые параметры меняются скачком. В разд. 5.2 рассматривалась задача обтекания выпуклого угла сверхзвуковым потоком с образованием волны разрежения. [c.113]

Метод характеристик применяется для расчета сверхзвуковых течений, при этом используются физические закономерности распространения в сверхзвуковом потоке слабых волн разрежения и сжатия, волн Маха. [c.273]

Таким путем может быть решен ряд практических задач, когда в плоских сверхзвуковых потоках образуются волны разрежения и сжатия, а ноток ограничивается твердыми стенками или свободными граница.ми. Для примера на рис. 5.14 показано течение в плоской сверхзвуковой струе, выходящей из устья сопла Лаваля, в пространство с более низким давлением, чем в канале. В точках А н В возникают центрированные волны разрежения, в которых поток расширяется до окружающего давления. Эти волны отражаются от границы струи на участках А А", В В" и образуют волны сжатия. В точках А ", В" волны сжатия вновь отражаются и образуют волны разрежения. Далее (в невязкой жидкости) картина повторяется. Для наглядности все волны изображены прямыми линия.ми, хотя, как было показано, в области интерференции они искривляются. [c.112]

Разделяющая линия контакта имеет в точке падения скачка О излом с вогнутым углом в сторону дозвуковой области, так что для дозвукового потока точка О есть точка торможения с нулевой скоростью и максимальным давлением газа в ней. Простая волна сжатия, образующаяся в сверхзвуковом потоке перед падающим скачком уплотнения вследствие передачи вперед повышения давления через дозвуковую область, преломляется при прохождении скачка и дает начало отраженному скачку, который у точки О взаимодействует с выходящей из этой же точки центрированной волной разрежения. Падающий скачок отражается в этой точке от границы как от свободной поверхности с давлением на ней, равным давлению торможения дозвукового течения. При этом взаимодействии бесконечно слабый отраженный скачок возникает уже в точке О и, постепенно усиливаясь, приобретает в бесконечности интенсивность, соответствующую отражению от твердой стенки без дозвукового слоя на ней. [c.82]

Если турбинная лопатка вниз по потоку за горлом имеет выпуклую форму, то между поверхностью лопатки и свободной границей сверхзвукового потока на выходе возникают волны разрежения. Они отражаются от свободной границы в виде волн сжатия, которые обычно сходятся и образуют отраженный скачок уплотнения. На выходной кромке лопатки также формируется скачок уплотнения, падение которого на свободную границу приводит к появлению веера отраженных волн разрежения. [c.113]

Рассмотрим движение сверхзвукового потока в канале, форма которого изображена на рис. 5.7. Поворот потока при обтекании угловой точки Л, элементарная волна разрежения AB и характеристика 12 в плоскости годографа строятся точно так же, как в предыдущем примере. После прохождения элементарной волны разрежения скорость потока в области 2 определяется вектором 02. Этот вектор не параллелен нижней стенке, и поэтому возникает отраженная элементарная волна ВС, которой соответствует в плоскости годографа характеристика второго семейства 23. Элементарная волна ВС также является волной разрежения, так как скорость 03 больше скорости 02. Направление отраженной волны определяется нормально к дуге 23. В результате расчета поток разбит на три области, скорости в которых определяются точками с той же нумерацией. Если в точке А верхняя стенка будет повернута на малый угол в противоположную сторону, то вместо волн разрежения возникнут элементарные волны сжатия. Следовательно, волны отражаются от твердой стенки, не меняя знака, волны разрежения отражаются волнами разрежения, а волны сжатия — волнами сжатия. [c.107]

При вытекании из сопла сверхзвуковой струи в пространство, где давление выше, чем на срезе сопла, образуются скачки уплотнения (рис. 5.29, а). Интенсивность скачков определяется тем, чтобы давление после них было равно давлению в окружающем пространстве. Граница струи на участках АО и ВЕ параллельна скоростям потока после скачков. Скачки после пересечения падают на свободную границу в точках О и Е. Давление в потоке после прохождения двух скачков становится больше, чем давление в окружающем пространстве, поэтому скачки отражаются от границы струн волнами разрежения. Дальнейшая картина строится точно так же, как на рис. 5.14, так как волны разрежения отражаются волнами сжатия. Построенная система волн не является единственно возможной. [c.125]

Так как в рассматриваемом случае речь идет о слабом возмущении, то эту линию называют границей слабых, или звуковых, возмущений, слабой волной, характеристикой или линией Маха. При этом имеется в виду, что слабые возмущения распространяются со скоростью звука (гл. 1). На рис. 5.1 представлены две схемы сверхзвукового течения. Обтекание выпуклого угла (рис. 5.1,а) сопровождается расширением потока, умень шением давления на величину dp и возрастанием скорости на d . При обтекании вогнутого угла давление растет, а скорость падает. Следовательно, в первом случае характеристика является слабой волной разрежения, а во втором — слабой волной сжатия. [c.109]

Изменение составляющих скорости приводит к тому, что на характеристике сжатия вектор скорости уменьшается и отклоняется от первоначального направления на угол 6 в ту же сторону, что и отклоняющая поверхность, так что угол между вектором скорости и характеристикой уменьшается ао = ао—d6. На характеристике разрежения вектор скорости увеличивается W >Wш и отклоняется от первоначального направления на угол 6, также в сторону отклоняющей пластины, но так, что угол между вектором скорости и данной характеристикой увеличивается a = ao + d6. Следует еще раз подчеркнуть, что при пересечении сверхзвуковым потоком одной характеристики изменение параметров настолько мало, что им обычно пренебрегают. Однако, как будет показано ниже (см. пп. 13.1, 16.3), при последовательном пересечении множества однотипных характеристик (сжатия или разрежения) происходит изоэнтропный процесс непрерывного конечного изменения параметров. Области сверхзвуковых течений, в которых давление вдоль линии тока непрерывно повышается или понижается, называются волнами сжатия и волнами разрежения, соответственно. [c.212]

Структура течения в сверхзвуковой области и форма ударной волны определяются значениями газодинамических параметров на предельной характеристической поверхности и формой тела. Ударная волна образуется в результате взаимодействия невозмущенного потока и течения вблизи поверхности тела и влияет на сверхзвуковую область течения, расположенную ниже по течению. Механизм передачи возмущений тесно связан с поведением характеристик и линий тока, вдоль которых распространяются возмущения. Характеристики соответствуют волнам сжатия или разрежения, если давление и плотность увеличиваются или соответственно уменьшаются вниз по потоку от одной характеристики к другой вдоль характеристик другого семейства. Это определение носит локальный характер и не отражает возможных более сложных ситуаций, но вместе с тем оказывается удобным для понимания качественных свойств течения [23 [c.226]

Что касается области существования простой волны при обтекании вогнутого профиля, то вдоль линий тока, проходящих над точкой О, оно применимо вплоть до места пересечения этих линий с ударной волной. Линии же тока, проходящие под точкой О, с ударной волной вообще не пересекаются. Однако отсюда нельзя сделать заключение о том, что вдоль них рассматриваемое решение применимо везде. Дело в том, что возникающая ударная волна оказывает возмущающее влияние и на газ, текущий вдоль этих линий тока, и таким образом нарушает движение, которое должно было бы иметь место в её отсутствии. В силу свойства сверхзвукового потока эти возмущения будут, однако, проникать лишь в область газа, находящуюся вниз по течению от характеристики О А, исходящей из точки начала ударной волны (одна из характеристик второго семейства). Таким образом, рассматриваемое здесь решение будет применимым во всей области слева от линии АОВ. Что касается самой линии О А, то она будет представлять собой слабый разрыв. Мы видим, что непрерывная (без ударных волн) во всей области простая волна сжатия вдоль вогнутой поверхности, аналогичная простой волне разрежения вдоль выпуклой поверхности, невозможна. [c.523]

К конич. автомодельным течениям относятся также автомодельные конич. волны разрежения и сжатия. В конич. волне разрежения пост, сверхзвуковой поток, текущий со скоростью Ui, непрерывно расширяясь, достигает макс. скорости Ммакс при истечении в вакуум [c.441]

Важным для понимания структуры течения является то, что в треугольнике СОЕ имеет место течение сжатия. Примем, что в области СОЕ течение плоское. Тогда характеристики АС, СО и граница струи АО являются прямолинейными, и если бы начиная, от точки С контур тела СС был прямолинейным, то в области СОЕ имело бы место поступательное течение с постоянными параметрами. Однако, в силу искривления стенки СЕ, в этой области возникает течение сжатия, аналогичное течению сжатия при обтекании поступательным сверхзвуковым потоком вогнутой стенки. Известно, что такое течение замыкается висячим скачком, начинающимся в точке Ъ пересечения характеристик. На рис. 4.26 пунктиром изображены характеристики условного течения сжатия, которое возникало бы в случае, когда в некоторой области над линией АО, как и между характеристиками АС и СО, имело бы место поступательное течение с р = р . Точка Р, вообще говоря, может находиться как внутри, так и вне струи. Однако проведенные расчеты показывают, что точка Р располагается всегда вне струи. Волны сячатия, возникающие в треугольнике СОЕ, отражаются от границы струи в виде волн разрежения. Волны разренгения, попадая па границу тела, отражаются также волнами разрежения, а от границы струи — в виде волн сжатия и т. д. Дальнейшая структура течения определяется чередующейся системой волн разрежения и сжатия, отражающихся от стенки и границы струи, при этом при отражении от жесткой стенки интенсивность волн сохраняется по величине и знаку, а при отражении от границы струи сохраняется по величине, по меняется по знаку. [c.179]

В ЭТОЙ главе рассматривается задача об обтекании затупленных тел равномерным сверхзвуковым потоком газа. В случае стационарного течения можно выделить три различные области однородный поток до отошедшей ударной волны, дозвуковое течение после ударной волны и сверхзвуковую область между телом и ударной волной. Возникаюндее течение математически описывается нелинейной системой уравнений в частных производных. В этом течении возможно появление неизвестных заранее границ, таких, как ударные волны, волны разрежения и сжатия, локальные дозвуковые зоны, контактные поверхности разрыва. Течение имеет различные физические и математические свойства. В разных областях уравнения движения меняют свои свойства. В дозвуковой области уравнения являются уравнениями эллиптического типа (Aid), а в сверхзвуковой — гиперболического (М>1). Переходная область является трансзвуковой (М 1). [c.196]

Истечение сверхзвуковой струи из рещетки в окружающее Боздущное пространство накладывает более серьезные требования к граничным условиям. Волны разрежения и сжатия, возникающие на выходных кромках лопаток, встречаются с сильно турбулизованным свободным пограничным слоем. Они отражаются обратно в основной поток, обычно в плоскости траверсирования, вызывая сильные возмущения. [c.113]

В конденсирующих инжекторах используются сопла Лаваля. Расчетный режим работы такого сопла предусматривает равенство давлений на срезе сопла и в окружающей среде, куда происходит истечение. В конденсирующем инжекторе за срезом парового сопла продолжается дальнейшее расширение парового потока, обусловленное конденсацией пара на жидкости, т. е. паровое сопло конденсирующего инжектора работает в режиме недорасширения. Однако на выходных кромках сопла в месте встречи струй пара и жидкости возможно появление не только волн разрежения, но и скачка уплотнения или, по крайней мере, системы волн сжатия. В работе [2 ] указывается, что при определенных соотношениях кинетической энергии жидкостного и парового потоков в сечении встречи струй в сверхзвуковом потоке пара возникает скачок уплотнения. Тем не менее, в непосредственной близости от среза сопла наблюдается понижение давления пара до минимального значения в камере смешения Рктш- Оно зависит, прежде всего, от коэффициента инжекции и и температуры охлаждающей жидкости. 0 объясняется изменением температуры межфазной поверхности, определяющей статическое давление насыщения. При уменьшении и и увеличении температуры охлаждающей жидкости величина тш увеличивается, а соответствующее сечение сдвигается вверх по потоку. [c.125]

Рассмотрим более подробно обтекание решетки тонких телесных профилей сверхзвуковым потоком, когда нормальная составляющая скорости меньше скорости звука (рис. 5.33). На тонких передних кро.мках возникают косые скачки уплотнений, а на выпуклой поверхности лопаток — волны разрежения. Скачки н волны расположены перед фронтом н, следовательно, возмущают поток перед решеткой. Скачки уплотнения интерферируют с волнами разрежения, и возмущения затухают при отдалении от решетки, так как иначе поток не мог бы быть периодическим. Характеристики каждой волны разрежения интерферируют с соседними скачками уплотнения, и скачки вырождаются в волны сжатия. Следовательно, в каждой волне разрежения имеется одна характеристика, которая уходит в бесконечность перед решеткой, не пересекаясь со скачками (допустим характеристика АВ на рис. 5.33). При достаточно слабых скачках течение можно считать изоэнтропийным и тогда характеристика А В будет прямой. Поскольку вдоль прямой характеристики все параметры потока постоянны, то, очевидно, что значение скорости и угла натекания потока в бесконечности соответствует их значению на характеристике АВ. Этим объясняется так называемое направляющее свойство решетки в сверхзвуковом потоке заданной скорости потока в бесконечности ).i соответствует только один угол натекания Pi, при котором течение всюду сверхзвуковое н безотрывное. [c.130]

Наличие даже слабого скачка уплотнения приводит к резкому увеличению давления во внешнем потоке. Рост давления передается навстречу потоку по дозвуковой части пограничного слоя. Линии тока отклоняются от стенки, порождая в сверхзвуковой частя пограничного слоя семейство волн сжатия, которые распространяются во внешний поток и оказывают влияние на форму и интенсишность скачка уплотнения вблизи области взаимодействия. Продольный градиент давления в пограничном слое оказывается значительно меньше, чем во внешнем потоке. Если скачок слабый, то движение в пограничном слое происходит под воздействием небольшого положительного градиента давления и отрыв потока не происходит. С увеличением интенсивности скачка уплотнения во внешнем потоке возрастает градиент давления вблизи стенки и возникает отрыв пограничного слоя. При этом увеличивается отклонение линий тока в сверхзвуковой части течения, благодаря чему поддерживается необходимое распределение давления, соответствующее данной интенсивности скачка уплотнения. В зависимости от условий во внешнем потоке (интенсивности скачка уплотнения, местного числа М, ускоренного или замедленного характера течения) и формы обтекаемого тела возможны два случая. В первом случае поток после отрыва присоединяется снова к стенке. Сразу за скачком уплотнения возникают волны разрежения, как при обтекании внешнего тупого угла. В месте присоединения поток направлен под некоторым углом к стенке, поэтому здесь возникает новый скачок уплотнения, который может вызвать иногда новый отрыв пограничного слоя. Таким образом, могут появиться несколько 22 [c.339]

Возможная схема сверхзвукового потока с торможением показана на рис. 3.12. В такой решетке от точки Л до 5 на стороне разрежения контур профиля совпадет с расчетной свободной линией тока на этом участке работа не подводится. Точка В соответствует первой волне Маха. Участок ВС профилируется таким образом, чтобы создать серию слабых волн сжатия, фокусирующихся вблизи передней кромки профиля соседней лопатки. На этом участке происходит предварительное сжатие воздуха. От точки С до D контур на стороне разрежения проектируется так, чтобы обеспечить направление течения, соответствующее условию отсутствия отражения отно(Гительно сильного замыкающего скачка. Поток за этим скачком дозвуковой, и эффективный контур лопатки на участке от точки D до f (до задней кромки профиля) проектируется так, чтобы обеспечить соответствующий угол выхода потока. Контур на стороне давления от точки А до точки Е выполняется по свободной линии тока, а затем плавно выводится к точке F. Применение решеток подобного типа и другие мероприятия по снижению волновых потерь могут обеспечить достаточно высокие КПД сверхзвуковой ступени при Mj = = 1,5. .. 1,6. [c.76]

Если установить давление за решеткой ниже критического, то поток на выходе станет сверхзвуковым, причем возникнет отклонение потока в косом срезе. Косым срезом называется область, ограниченная треугольниками а а, причем размер соответствует минимальной площади сечения канала между лопатками. При давлении за решеткой ниже критического в точках а возникнут центрированные волны разрежения abd. При пересечении этих волн давление в потоке понижается от (на линии аЬ) до давления за решеткой < р . Эти волны разрежения изобразятся в диаграмме характеристик эпициклоидой 12 (см. рис. 5.31, б), причем при прохождении волн струйки / повернут на угол б, а скорость потока станет равной Струйки II, расположенные по другую сторону кромки, пройдут также отраженную волну разрежения bdef (рис. 5.31, а), которая изображается в диаграмме характеристик эпициклоидой 23 (рис. 5.31, б). После точек а струйки / и И имеют общую границу (отмечены точками на рис. 5.31, а), по обе стороны которой давление должно быть одинаковым, а скорости параллельны. Поэтому образуются косые скачки уплотнений ag. Если, как обычно бывает, угол отклонения невелик, то скачок уплотнений имеет малую интенсивность и может быть заменен элементарной волной сжатия. Эта волна сжатия изображается в диаграмме характеристик эпициклоидой 32. Следовательно, скачки параллельны нормали к этой эпициклоиде. [c.128]

При сверхкритических перепадах давления в плавно суживающихся соплах переход от критической скорости вблизи выходного сечения к сверхзвуковой происходит в свободной струе за соплом. В этом случае кромка выходного сечения AAi (рис. 8.11,а) является источником возмущения звукового потока. За выходным сечением струя встречает давление среды ра<р, и, следовательно, в точках Л и Л1 давление меняется от р до Ра- В результате от кромки сопла распространяется волна разрежения AA Bi и А АВ. Первая граница ЛЛ, представляет собой характеристику, угол которой 01=90° последние по потоку характеристики ЛВ, и А В должны проходить в свободной струе под углом a2=ar sin I/M2 (М2 — число Маха, соответствующее еа= Ра(Ро)- Все промежуточные характеристики, а также ABi и AiB, являются криволинейными, так как волны разрежения из точек Л и Л1 в пределах струн пересекаются. Характеристики, попадая на свободную границу АВ и А В, вдоль которой давление постоянно, отражаются от нее с обратным знаком, и волна разрежения переходит в волну сжатия. В результате пересечения волн разрежения в струе образуется конус (клин) разрежения АОА (рис. 8.11,а), основание которого расположено в выходном сечении сопла, и конус сн атия DBB. В пределах конуса разрежения давление становится ниже давления среды ра- В пределах [c.220]

Изучение сверхзвуковых потоков разреженных газов представляет интерес как для решения практических задач, связанных с полетами тел на больших высотах, так и для решения принципиальных вопросов аэродинамики разреженных газов. Экспериментальных работ в области сверхзвуковых течений разреженных газов опубликовано мало. Это объясняется в большой степени методическими трудностями. Большинство методов, успешно применяемых для исследования течений плотных газов, или не применимо в случае течений разреженных газов, или их применение требует сложных усовершенствований. Так обстоит дело с интерферометрическим методом, шлиренметодом, методами спектрального поглощения, а также методами поглощения рентгеновских и электронных пучков [1]. Их применимость ограничивается давлениями 1— 10 мм рт. ст. Поэтому метод визуализации, использующий свойства послесвечения, представляется наиболее перспективным для исследований течений разреженных газов. В основе метода лежит зависимость интенсивности послесвечения от термодинамического состояния газа. Применение метода ограничивается давлением, при котором уже невозможно организовать разряд, вызывающий длительное послесвечение. В зависимости от условий эксперимента, предельное давление может быть доведено до 8—6- 10 мм рт. ст. В статье [1] дается обзор работ, посвященных исследованию свойств послесвечения в азоте и воздухе и их применению в газодинамических исследованиях. Преимущество азота и воздуха по сравнению с другими газами состоит в том, что в них легко вызывается послесвечение большой длительности (1 —10 сек). Медленное затухание свечения позволяет работать на стационарных аэродинамических установках и получать картины обтекания тел регистрацией на фотопластинку. В таких газах, как Не, Аг, Ые, Нг и др., послесвечение длится в среднем 10 —10 сек. При таком быстром затухании приходится работать в области малых интенсивностей света, а это вызывает необходимость фотоэлектронной регистрации. Малая продолжительность послесвечения накладывает ограничение на скорость исследуемых процессов — они должны протекать за 10— 10 сек. Процесс сжатия газа в ударной волне отвечает этому требованию. Что касается более медленных процессов, то они будут регистрироваться с искажениями, вызванными наложением процесса высвечивания на исследуемый процесс. Возможность использования послесвечений небольшой длительности позволяет выбрать наиболее простой тип возбуждающего разряда. [c.138]

Из-за отклонения границы струи на больший угол б и ее искривления, характеристики сжатия (отраженные от границы струи) образуют сходящийся узкий пучок, направленный к оси. Висячий скачок уплотнения 1 есть результат сложения характеристик сжатия. Возникновение висячего скачка уплотнения в осесимметричной струе объясняется сверхзвуковым радиальным растеканием сильно перерасширенного газа из центральных областей в периферийные, где давление равно давлению окружающей среды. Этот скачок является поверхностью вращения, при приближении к соплу ослабевает и не доходит до кромок сопла, поэтому и называется висячим. В осесимметричном течении криволинейный висячий скачок не может правильно, регулярно отразиться от оси, поэтому возникает как бы маховское отражение от оси в виде прямого скачка й—4и который называется диском Маха и за которым течение становится дозвуковым. От диска Маха й—отходит кольцевой скачок й—е, который отражается от границы струи (точки е) в виде волн разрежения. В сечении е—е заканчивается первая бочка и начинается подобная ей вторая, за ней третья и т. д. Для того, чтобы в сечении е—е возникла вторая бочка, необходимы недорасширен-кый сверхзвуковой поток в этом сечении (ре>р ) и We ae). Периферийный поток (линия л—Т) является сверхзвуковым — он пе- [c.251]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...