книги из ГПНТБ / Турбулентное смешение газовых струй

полученных в опытах с центральным соплом диаметром 20 мм. Соответствующие данные, представленные на рис. 1.13, в, показывают, что при использовании этого сопла интенсивность нарастания ширины зоны смешения

для гелиевой струи, при наличии спутного потока, значи­ тельно выше, чем для сопла диаметром ЪОмм, хотя и по-преж­ нему имеет минимум при rn = 1. Это вызвано наличием пограничных слоев на стенках, относительная толщина которых, как уже указывалось выше, была различной для разных сопел.

Представление о влиянии параметра п на интенсив­ ность нарастания ширины зоны смешения дает рис. 1.14, на котором изображена зависимость величины Ъ от п для двух значений т. = 0 и т — 1. При равных скоростях смешивающихся потоков влияние параметра п на интен­ сивность нарастания толщины зоны смешения значитель­ но ослабевает, чего нельзя сказать о дальнобойности

Исследование начального участка турбулентных струй

струи (рис. 1.12), которая существенно зависит от плотно­ стей потоков при всех значениях параметра т.

Необходимо отметить, что представленные данные о гео­ метрических характеристиках зоны смешения носят в пер­ вую очередь качественный характер и на количественную точность могут претендовать только в том случае, если

Рис. 1.14. Зависимость коэффициента нарастания толщины зоны

смешения Ъ от относительной плотности вещества окружающей среды п.

учесть влияние условий истечения (пограничные слои, число Рейнольдса, начальные характеристики турбулент­ ности), а также условность выбранных границ зоны смешения и, следовательно, профилей соответствующих параметров.

Можно предположить, что при наличии на срезе сопла невозмущенных потоков без пограничных слоев при ра­ венстве их скоростей (т — 1) смешение не происходит. В этом случае, по-видимому, обращаются в нуль харак­ терная ширина зоны смешения Ь° и интенсивность ее на­

растания Ь, а протяженность невозмущенного ядра L° становится неограниченной (все это с точностью до эф­ фектов молекулярного смешения и аналогичного турбу­ лентного диффузионного переноса). Сопоставление дан­ ных по интенсивности нарастания зоны смешения

b — //у — у2 для различных сопел (рис. 1.11) показы­ вает, что отклонение от этой гипотетической картины тече­ ния при т — 1, имевшее место в опытах, в основном свя­ зано с наличием значительных пограничных слоев на

36 Экспериментальное исследование струи [гл. I

разброс экспериментальных точек велик, получено удов­ летворительное соответствие с данными рис. 1.9 и 1.10 для осесимметричпых потоков.

Такое совпадение является естественным, если вспом­ нить, что существенного различия между условиями истечения в случае осесимметричного и плоского течения не было; методика обработки измерений базировалась на том, что плоский слой смешения реализуется в обоих случаях течения при не очень больших удалениях от сопла.

§ 3, Экспериментальное исследование переходного

иосновного участков турбулентных струй

1.Как уже указывалось в § 2, в турбулентной стру имеется три различных участка, называемых обычно на­ чальным, переходным и основным. Начальный участок состоит из невозмущенного по осредненным параметрам

ядра, заключенного в случае осесимметричного течения в кольцевую зону смешения с расходящимися границами. Пересечение внутренних границ этой зоны с осью струи соответствует концу начального участка и началу пере­ ходного, в котором течение испытывает некоторую пере­

положения профилей. Совместное исследование законо­ мерностей распространения струй в начальном и основ­ ном участках позволяет установить более или менее полную картину течения. В описываемых здесь опытах специальных исследований особенностей течения при пе­ реходе от начального участка к основному не проводилось. Поэтому в дальнейшем всю область струи, расположенную за начальным участком, мы будем для простоты называть основным.

В опытах использовалась модель с сопловыми устрой­ ствами, описанными в предыдущем параграфе. В боль­ шинстве случаев изучалась струя, вытекавшая из сопла диаметром 20 мм, в части опытов использовалось сопло диаметром 50 мм. При моделировании течения струи в не­

§ 3] Исследование переходного и основного участков 37

возмущенном спутном потоке использовалась цилиндри­ ческая рабочая камера с внутренним диаметром 150 мм, стыковавшаяся с наружным соплом модели. Исключение составляли лишь опыты с затопленными струями (т — 0) и некоторые специальные опыты, при которых цилиндри­ ческая камера не использовалась и осуществлялось исте­ чение в атмосферу.

2. Описание результатов измерения осредненных п раметров потока в основном участке осесимметричной струи можно свести, как это было сделано для начального участка, к построению профилей относительных избыточ­ ных значений скорости Аи°, температуры АТ° и объемной концентрации к° по безразмерному радиусу (относитель­ ная избыточная величина параметра А определяется как АЛ° = (А — А г) / (А т — Л2), где индекс т относится к оси струи); к определению законов изменения характер­ ного линейного масштаба и характерного масштаба рас­ сматриваемого газодинамического параметра (например,

на эти закономерности. При обработке результатов измере­ ний используются две координаты: продольная х, отсчи­ тываемая от среза сопла, и поперечная у, отсчитываемая от оси струи. Обычно эти координаты даются в безразмер­ ном виде’. х° = х/В. и у° = y/R, где R — радиус централь­ ного сопла.

" Измерения в газовом потоке осуществлялись с помощью подвижной системы датчиков давления, температуры и концентрации в фиксированных сечениях струи. Для примера результаты некоторых из этих измерений во фреоновой, воздушной и гелиевой струях, распростри-, няющихся в воздухе, изображены на рис. 1.17. По оси абсцисс отложена поперечная координата у мм, по оси ординат измеренные величины температуры f С, скорост­ ного напора Р й кГ1мъ и объемной концентрации к. Указан­ ные на рисунке номера опытов соответствуют режимным параметрам, представленным в таблице 1.4. Эта таблица дает представление об объеме проведенных исследований основного участка струи.

Обработка результатов измерений показала, что эк­ спериментальные профили Аи°, АТ°, н° носят типичный струйный характер, имеют точку перегиба в срединной

Рис. 1.17. Профили полного давления, температуры и объемной