Материал: Бекнев В.С. Газовая динамика газотурбинных и комбинированных установок учеб. пособие

Вследствие турбулентности струя частично смешивается с ок­ ружающей неподвижной или движущейся средой и увлекает за собой прилегающие частицы жидкости. Расход жидкости через поперечное сечение струи растет по мере удаления от начального сечения. Во всей области струн статическое давление одинаково, поэтому количество движения массы газа по длине струп сохра­ няется.

Течение в струе характеризуется малыми поперечными скоро­ стями и малой протяженностью поперечных размеров по сравне­ нию с продольными. Для изучения течения со свободными гра-

Рис. 176. Схематическое разделение турбулентной струн на три участка

ницами можно использовать уравнения пограничного слоя, по­ скольку физические условия для обоих типов течений близки.

Рассмотрим основные результаты теоретических и эксперимен­

в котором постоянна, а поперечный размер ядра уменьшается донуля. Вне ядра расположен струйный пограничный слой.

2. Основной участок начинается на некотором расстоянии от конца ядра, где течение становится таким, как течение из источ­

а скорость на оси струи по ходу газа уменьшается. Вся струя за­ полнена струйным пограничным слоем.

3. Переходный участок, на котором ядра уже нет, а структура потока еще не получила форму струи из источника, расположен между начальным и основным участками. Часто вместо переход­ ного участка рассматривают переходное сечение.

Многочисленные опыты показывают, что профили безразмер­ ных избыточных скоростей в начальном и в основном участках

342

плоских и осесимметричных затопленных струй могут быть опи­ саны универсальными зависимостями.

Для начального участка можно воспользоваться формулой

1/1 -1/2

Для основного участка Шлихтингом была предложена теоре­ тическая зависимость

Ух — Он Ѵ,п — Уц

лей скоростей сохраняется для затопленных струй несжимаемых жидкостей при отношении плотностей струи спутного потока:

В случае сжимаемой жидкости вместо универсальности про­ филей скоростей выполняется универсальность динамических напоров профилей.

Рассмотрим основные характеристики плоских и осесимме­ тричных турбулентных затопленных струй, истекающих в не­ подвижную среду.

Теоретические и экспериментальные исследования показы­

от структуры (степени турбулентности) потока в начальном се­ чении струи, а сргр — от формы поперечного сечения струи.

Эксперименты показывают, что величина а изменяется в пре­ делах от 0,066 для потока с малой турбулентностью и до 0,27

343

для потока с большой турбулентностью. Для круглой струи сргр = = 3,4, а для прямоугольной сргр зависит от соотношения сторон поперечного сечения.

Рассмотрим характер изменения скорости на оси струи. Если выделить мысленно участок струи между двумя ее поперечными сечениями, то в силу постоянства статического давления в по­ токе, отсутствия массовых сил и поперечного градиента скорости ѵх

F

Это условие при р = р 0 можно записать в безразмерной форме. Тогда, записывая безразмерные величины в виде двух сомно­

жителей

J L = J L O I L • _ L = _ L £ЕЕ •

получим:

для плоской струи

о

для осесимметричной струи

Оба интеграла легко вычислить при известной зависимости ѵхІѵт от безразмерной координаты в сечении струи.

Тогда скорость на оси плоской струи: const

V x

Для осесимметричной струи получим const

Таким образом, скорость на оси круглой струи уменьшается скорее, чем на оси плоской.

344

Г Л А В А VIII

ОСНОВЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ ГАЗОВОЙ ДИНАМИКИ

§ 42. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ СТЕНДЫ

Эксперимент в гидрогазодинамике и магнитной газовой дина­ мике имеет большое значение. В основе любой научной теории в конечном счете всегда должен лежать физический опыт. Экс­ перимент является проверкой теории.

Большое значение приобретают результаты эксперименталь­ ных исследований при проектировании компрессоров, газовых турбин, камер сгорания и газотурбинного двигателя в целом. Успехи в проектировании современных осевых компрессоров и газовых турбин в значительной степени основаны на эксперимен­ тальных данных продувок плоских компрессорных и турбинных решеток, диффузорных и конфузорных кольцевых патрубков. Такие продувки проводятся на специальных аэродинамических установках. Во время эксперимента в различных сечениях изме­ ряют полное и статическое давление, температуру торможения, скорость и направление потока, расход рабочего тела. При про­ дувке плоских решеток, состоящих из 10—12 лопаток, измерения производят, как правило, в среднем канале.

Проведением замеров в среднем канале пакета плоской ре­ шетки пытаются приблизить условия замеров в данной решетке к условиям замеров в бесконечной решетке. После отработки пло­ ских решеток эксперимент проводят на вращающихся моделях. Этот усложненный эксперимент позволяет создать высокоэф­ фективные компрессоры и турбины.

На рис. 178 показана схема установки для продувки плоских решеток. Воздух из компрессора по трубопроводу поступает через спрямляющую решетку 7 в ресивер 1, в котором установлены про­ фильные вставки 6, образующие канал прямоугольного сечения на выходе из ресивера и входе в решетку (сопло 2). В рабочей части 5 устанавливают пакет лопаток 3, который может повора­ чиваться вокруг оси, в результате будет изменяться угол атаки профилей. Чтобы при повороте рабочей части с пакетом лопаток не было больших зазоров между стенкой сопла и крайними ло-

346