Содержательное описание физической модели течения, где учитываются значимые факторы, влияющие на процесс взаимодействия струи с ПЦП, целесообразно начать с осесимметричного расположения сопла и канала. При этом наиболее характерные процессы формирования течения, наблюдающиеся при осесимметричном затекании струи в канал, имеют место и в общем случае несимметричного взаимодействия.
Рассмотрим процесс взаимодействия при удалениях сопла, соответствующих первой УВК свободной струи (рис. 4.5). Отметим, что первая УВК состоит из первого висячего и отраженного скачков уплотнения и границей струи. Истечение струи сопровождается повышением давления в ПЦП, вследствие поступления в нее газа струи. Степень повышения давления и картина течения в значительной мере определяются n.
При значениях n³3 давление в полости незначительно отличается от давления окружающей среды. Струя достигает днища ПЦП, отражается от него и истекает обратным дозвуковым кольцевым потоком по зазору, образуемому затекающей струей и стенками канала. Газодинамическая структура падающей струи на всем протяжении от среза сопла до зоны разворота аналогична газодинамической структуре свободной струи, т.е. стенки ПЦП не влияют на УВК струи (рис. 4.5 (а)).
По мере уменьшения n статическое давление в донной части ПЦП начинает возрастать, т.е. увеличивается перепад давления между днищем и срезом ПЦП (условия распространения падающей струи внутри полости меняются), и дальнейшее проникновение струи в слои с нарастающим статическим давлением становится невозможным (не хватает количества движения молекул потока, чтобы преодолеть противодавление), и она разворачивается, не доходя до дна, образуя внутренний встречный дозвуковой кольцевой поток между падающей струей и стенками ПЦП. Газодинамическая структура затекающей струи деформируется и отличается от структуры свободной струи. В результате повышения давления в ПЦП область разворота струи смещается от дна полости в сторону среза ПЦП (рис. 4.5(б)). Глубина зоны разворота не превышает (3¸4)dp.
Процесс разворота падающей струи сопровождается образованием вихревой зоны. Диссипативные процессы (за счет обмена энергией и количеством движения), имеющие место в данной зоне, способствуют выравниванию давления в продольном и в поперечном направлениях. По мере продвижения к дну ПЦП интенсивность вихрей уменьшается. Течение газа в этой зоне является слабо выраженным и можно считать, что газ в ней покоится, а давление постоянно.
Как видно из представленных картин течения (рис. 4.5(в,г)) при уменьшении n зона разворота струи в ПЦП смещается в сторону среза ПЦП, а, начиная с некоторого значения n, скорость вытекающего встречного кольцевого потока на срезе ПЦП становится сверхзвуковой.
Зафиксируем значение n и проследим изменение продольной силы с увеличением удаления сопла от среза полости. На рис. 4.6 приведен график характерной зависимости относительной продольной силы, построенный по результатам экспериментальных исследований. При малых удалениях среза сопла продольная сила практически постоянна, что говорит о полном затекании струи внутрь ПЦП. При этом диссипацией энергии в связи с взаимодействием с окружающей средой можно пренебречь (кинетическая энергия молекул газа при их торможении вследствие вязкого взаимодействия с молекулами воздуха тратится на повышение внутренней энергии молекул газовоздушной смеси, т.е. переходит в тепло). Резкое уменьшение нагрузки связано с тем, что диаметр затекающей струи на уровне среза полости с ростом удаления становится больше, чем диаметр канала. Часть струйного потока начинает обтекать полость по наружной поверхности и количество движения затекающего в полость газа, а, следовательно, сообщаемый им импульс силы, уменьшается. Монотонное уменьшение продольной силы при больших удалениях также определяется распределением параметров в поперечных сечениях струй по мере их удаления от среза сопла – все большая часть массы газа периферийных слоев обтекает ПЦП снаружи и статическое давление в нем плавно уменьшается. Однако часто диссипация энергии при взаимодействии с окружающей средой может приводить к существенному изменение продольной силы до момента начала обтекания ПЦП снаружи.
 |
|||
 |
|||
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.