Значит для получения необходимой скорости на выходе необходимо рассчитать правильное сечение сопла, а так же иметь достаточный запас давления в камере перед соплом, или, другими словами, нам необходимо чтобы давление в камере сопла было в известное количество раз больше давления в окружающей среде.
2.3 Нерасчетные режимы сопла Лаваля.
Нерасчетными называются режимы при которых давление в сопле не равно давлению окружающей среды.
Для случая когда давление в сопле больше чем давление в окружающей среде. На значительной расстоянии давление конечно же уравняется, в связи с этим давление в струе должно уменьшаться, скорость газа возрастает и поперечное сечение сверхзвуковой струи увеличивается. Экспериментально доказано, что при этом в какой-то момент струя перерасширится и давление в ней станет ниже атмосферного. После этого струя начнет сужаться чтобы давление вернулось к атмосферному. Торможение сверхзвукового потока приводит к возникновению скачков плотности, в результате этого в некоторой части струи скорость становится дозвуковой а давление выше атмосферного. Затем давление уменьшается , сближаясь с атмосферным. При достаточном избытке давления скорость вновь достигает критического, а после и сверхзвукового значения. То есть появляется еще один так называемый “бочонок”. При этом процессе поток постепенно рассеивает свою энергию.
Рис. 3 Схема сверхзвукового истечения с избытком давления: 1 – сопло , 2 – граница струи , 3 – скачки уплотнения.
В режиме , когда атмосферное давление больше чем давление в сопле, сверхзвуковое истечение представляет собой систему сложных скачков.
Рис.4 Схема истечения сверхзвукового потока с недостатком давления.
3.Эксперимент.
3.1 Оборудование.
В ходе эксперимента были получены данные при “продувании” сопла с M=2.6 в аэродинамической трубе Т-326 ИТПМ СО РАН. Визуализацию процесса продува обеспечил теневой прибор ИАБ – 451.
Рис.5 Внешний вид аэродинамической трубы Т-326 ИТПМ СО РАН.
Рассмотрим подробнее теневой прибой ИАБ – 451
Оптическая система прибора состоит из двух самостоятельных систем : коллиматорной (для просвечивания параллельным пучком лучей исследуемой среды и проектирования щели в плоскости ножа наблюдательной трубы) и наблюдательной трубы (для наблюдения и фотографирования картин обтекания моделей и камер)
Рис.6 Оптическая схема коллиматора
В оптическую систему коллиматора входят : зеркально
менисковый объектив , состоящий из мениска 8 и зеркала 7; диагональное зеркало
6, изменяющее ход лучей; конденсорные линзы 4 и 2, последняя из которых
передвигается для фокусировки источника света на плоскость установки щели; три
светофильтра 3 и конденсорные 1, которые включаются только с искровым
разрядником. Призма 5 используется при установке источника света.
Рис.7 Оптическая схема наблюдательной трубы
Оптическая система наблюдательной трубы состоит из зеркально-менискового объектива , аналогичного объективу коллиматора ; диагонального зеркала 3 , изменяющего ход лучей; склеенных линз 4, предназначенных для фокусировки наблюдательной трубы окуляра 8; зеркало 7, отражающего падающий на него пучок лучей на фотопластинку; полупрозрачного зеркала 6, разделяющего падающий на него пучок лучей на два пучка, один из которых идет в окуляр а второй на матовое стекло фотонасадки ; склеенных линз 5 и 9, изменяющих масштаб изображения, и матового стекла 10.
Рис. 8 Коллиматор: 1 – осветитель , 2 конденсор , 3 каретка со щелью, 4-9 оправы, 5 - зеркало , 6 – опорные кольца, 7 – труба, 8 – мениск.
Рис. 9 Наблюдательная труба : 1,6 – оправы, 2- зеркало, 3 – опорные кольца, 4 – труба , 5 – мениск, 7 – каретка с ножом, 8 – откидной кронштейн , 9,10 – окуляры , 11,12- фотоприставки.
В схеме коллиматора конденсор служит для направления светового потока, идущего от источника света в щель.
В схеме наблюдательной трубы каретка с ножом – механизм для фокусировки и поворота ножа (нож Фуко).
3.2 Экспериментальные данные
В ходе продувки сопла были получены следующие изображения:
Рис.10 Сверхзвуковой поток (градиент плотности)
Рис. 11 Сверхзвуковой поток (градиент плотности)
4. Вывод
Как мы увидели из градиентов плотности, рассматриваемый сверхзвуковой поток попадает под область нерасчетного потока с недостатком давления. Так, с помощью теневого метода (лазерного ножа) мы смогли легко определить вид потока. Так же с помощью такой визуализации можно посчитать даже количественные характеристики потока , такие как например мах потока.
5. Литература
1) Г.Н. Абрамович, Прикладная газовая динамика, 1976 г.
2) Методы аэрофизического эксперимента, Лабораторный практикум, часть 2, 1995г.
3) Техническое описание ИАБ – 451
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.