книги из ГПНТБ / Турбулентное смешение газовых струй

измерения скоростного напора, температуры и концент­ рации в поперечном сечении зоны смешения начального участка. Величины средней температуры Т и объемной концентрации к определялись непосредственно по резу­ льтатам измерений; для вычисления средней скорости, в

соответствии с предполо­ жениями (1.2) и (1.14),

использовались соотноше­ ния

(1.15)

Здесь индекс 1 соответ-

Рис. 1.5. Поля полных давлений ( 0) > температур (X) и объемных

концентраций (в ) в поперечных сечениях струй различных газов, распространяющихся в воздухе: а) фреон-12 (п = 0,27; m = 0,5);

(6 нагретый воздух (п = 1,3; ти = 0,5); в) гелий (п = 8,2; m = 0).

ствует «невозмущениому» ядру струи, индекс 2 отно­ сится к наружному потоку, АР = рц2/2 — скоростной напор.

2. По результатам измерений, проведенных при раз личных значениях параметра п, определялись профили относительных избыточных параметров в разных сечениях.

Построение измеренных относительных избыточных пара­ метров по так называемой собственной координате £г позволяет с большей уверенностью строить обобщенные

Рис. 1.7. Профили безразмерных избыточных скоростей (а) и тем­ ператур (б) в зависимости от «собственных» координат для струи

профили, т. е. большое количество экспериментальных точек уменьшает возможную случайную ошибку. Правда, при этом заведомо пренебрегалось влиянием параметра т на вид профиля, но нанесение точек, соответствовавших разным его значениям, не давало систематического

расхождения, что служит основанием для такого пренебре­ жения. На рис. 1.6—1.8 представлены зависимости отно­ сительных избыточных параметров от координаты g при разных значениях п. По оси ординат отложены величины

по оси абсцисс отложены значения собственных координат

У а г - % '

Здесь ?/аг, 2/рj, yyi — координаты точек, в которых значе­

ние г-ro относительного избыточного параметра (Д710, Ди°, к) равно соответственно 0,8, 0,2 и 0,5. Из рассмотре­ ния рис. 1.6—1.8 следует, что характер этих профилей не зависит от параметра т. Кроме того, нужно отметить, что профили всех относительных избыточных параметров, построенные по собственной координате | г, при всех значениях п являются плавными и различаются весьма слабо. Это означает, что проведенные измерения с доста­ точной точностью могут ответить на вопрос о влиянии значений т и п на взаимное расположение профилей, кото­ рое в свою очередь определяется двумя характерными величинами: относительным смещением профилей (разли­ чием координат и у г точек, в которых величины отно­ сительных избыточных параметров равны 0,5) и относи­ тельной шириной профилей, характеризуемой величиной

лялись по результатам опытов на всех исследованных режимах течения в каждом поперечном сечении. В опытах не было обнаружено какого-либо систематического влия­ ния параметра т на величины S lk и L tk. В таблице 1.2 при­ ведены значения этих коэффициентов при т ^ 1 и различ­ ных значениях п.

Данные этой таблицы показывают, что существует за­ метное влияние параметра п на взаимное расположение

Рис. 1.9. Распределение относительной избыточной скорости Ди , температуры АТ° и объемной концентрации х по поперечной коор­ динате | т для зоны смешения струй различных газов (а) п = 0,271

(б) п = 1,3, (в) п = 7. Светлыми кружками обозначены принятые границы зоны смешения.

а)

Рис. 1.10. Профили относительной избыточной скорости Ди° (а),тем­

28 Экспериментальное исследование струи [гл. Т

На рис. 1.10 представлены зависимости относительных избыточных параметров от универсальной координаты ц при разных значениях п, которые показывают, что форма профилей, а также их положение в зоне смешения сущест­ венно зависят от величины п. Положение границ, в кото­ рых определены эти профили, представлено на рис. 1.11 в виде зависимостей Д и у2 от т при разных значениях п, т. е. рис. 1.10 и 1.11 в полной мере воспроизводят картину течения, полученную по результатам измерений.

3. Более принятыми являются другие характеристик течения, которые наглядно отражают интенсивность про­ цессов смешения в начальном участке струи. Такими ха­ рактеристиками струи являются ее дальнобойность и интенсивность нарастания (угол раскрытия) ширины зоны смешения. Дальнобойность струи L (длина начального участка) может быть получена по величине ух, т. е. по

Зависимость величины Ь° от параметра т при трех значениях п представлена на рис. 1.12. На рис. 1.13 изображена зависимость интенсивности нарастания шири­

ны зоны смешения Ъж db/dx от параметра т. Эта зависи­ мость пересчитана по данным, представленным на рис. 1.11 с учетом условия Ъ = у х — у2. Графики на рис. 1.12 и 1.13 показывают, что в проведенных опытах максималь­ ная дальнобойность струи Ь° и наименьшая интенсив­

ность нарастания ширины зоны смешения Ъ реализова­ лись при равных скоростях смешивающихся потоков (т = 1). Необходимо заметить, что интенсивность нара­ стания ширины зоны смешения и дальнобойность струи не являются тождественными характеристиками и их экстремальные значения в принципе могут реализовы­ ваться при разных значениях т. Это объясняется тем,

что величина b не связана с положением зоны смешения в пространстве, в то время как величина I f = 1/Цхзависит как от интенсивности нарастания зоны смешения, так и от ее положения. Этот вопрос будет рассмотрен ниже, при анализе влияния различных параметров на дально­ бойность струи. Пока остановимся на результатах опреде­ ления интенсивности нарастания ширины зоны смешения,