книги из ГПНТБ / Турбулентное смешение газовых струй

Рис. 1.25. Распределение особой скорости ки°п (х°) в логарифми­

ческих координатах для струй различных газов, а) п = 0,27 -f- 0,33;

б) п = 1,34-г- 1,98; (в) п = 6,3 -5- 7,25.

казателей затухания массовой концентрации на оси струи кс для фреона-12 составляют 0,83 -1-1, а для гелия — 0,93 -1- 1,24, т. е. весьма близки. Показатель затухания

осевой температуры в большинстве рассмотренных случаев оказался одинаковым и равным ктж 1,3.

Т а б л и ц а 1.5

при значениях величин показателей затухания, указан­ ных в таблице. Абсцисса переходного сечения определяет­ ся по точке пересечения прямой, характеризующей в ло­ гарифмических координатах (см. рис. 1.25) затухание соответствующего параметра с линией начального его значения (Ан°— АТ° = х° = 1). Вообще говоря, абсцисса, определенная таким способом, расположена между кон­

того сечения струи, где вступают в свою силу закономер­ ности основного участка струи. Из данных таблицы 1.5 следует, что для фреона-12 (п = 0,27) значения абсцисс, переходного сечения, определенные по распределению скорости, температуры и массовой концентрации, можно

считать одинаковыми. Соответствующие значения

оказываются на_1(Ь-г-1;15% меньше. При п = 1,7 значения х>и практически совпадают с хтт- В случае п = 7,25 ока­ зываются близкими значения xtU и xfX, тогда как соот­

ветствующие величины xtc существенно меньше. Несмотря на отмеченное различие значений абсцисс переходных сечений х° , соответствующих разным газодинамическим параметрам, можно, по-видимому, считать, что величина

x°tU с достаточной точностью характеризует положение

скольких значений п показано на рис. 1.26. Видно, что

в исследованных случаях величина х°и достигает макси­ мума при значениях тп, близких к единице, т. е. имеется

(рис. 1.12). Приведенные в таблице 1.5 данные о длине начального участка показывают, что xtU ~ L°, причем

отношение xtU к L° в среднем составляет примерно 1,5, изменяясь в различных случаях от 1,2 до 2.

4. Помимо осевых значений различных газодинамиче ских параметров струйного потока при обработке соответ­ ствующих профилей использовались также характерные линейные размеры (например, половинный радиус уи, ук и т. д.), служившие геометрическим масштабом. Поэтому,

6)

Рис. 1.27. Изменение динамического (у°), теплового {у?г ) и диф­

фузионного (у°х) радиусов с удалением от среза сопла для струи фреона-12 (п = 0,27 -ь 0,33; обозначения в таблице 1.4).

чтобы но профилям безразмерных величин описать свойст­ ва струи в произвольной точке, необходимо наряду с дан­ ными о затухании осевых значений газодинамических ве­ личин располагать сведениями об изменении характерных

Рис. 1.28. Изменение динамического (у°) и теплового (у°т) радиу­

сов с удалением от среза сопла для струи нагретого воздуха (п = = 1,34 -f- 1,98; обозначения в таблице 1.4).

линейных масштабов вдоль оси х, которые дают представ­ ление о поперечных размерах области, охваченной интен­ сивным турбулентным перемешиванием. Соответствующие

рах по оси абсцисс отложено значение безразмерной осе­

нием незначительных участков струи при т^> 1) поло­ винный радиус струи с удалением от сопла монотонно увеличивается. При этом наблюдается явное влияние параметров в и д н а функции уи (х°), уТ (х°), уу (х°). От­ метим, что эти функции, исключая, по-видимому, предель­ ный случай затопленной струи (m = 0), имеют довольно сложный вид, поэтому оказывается затруднительным описать их какой-либо достаточно простой зависимостью (как было сделано для осевых параметров струи).

‘ Интенсивность утолщения струи заметно убывает с при­ ближением m к единице. Наибольшее влияние величины тп на интенсивность нарастания толщины зоны смешения наблюдается при переходе от затопленного струйного течения к спутному, т. е. вблизи значений тп = 0. Это объясняется тем, что при т ^ = 0 с удалением от среза сопла mi —*■1, что соответствует меньшей интенсивности смешения. Влияние параметра п, так же как и в началь­ ном участке струи, является максимальным при тп = 0. С ростом величины п интенсивность нарастания ширины зоны смешения увеличивается.

Представленные на рис. 1.27—1.29 экспериментальные данные убедительно свидетельствуют о различии значе­ ний динамического (?/„), теплового (у°т) и диффузионного

(у°у) радиусов в произвольном сечении рассматриваемой струи. Этот факт является отражением неэквивалентности характеристик турбулентного переноса различных суб­ станций в поперечных сечениях струйного потока.

Количественной характеристикой относительных ско­ ростей переноса импульса и тепла может служить отно­ шение динамического и теплового радиусов (5ит, которое, как и величина рхГ, оказалось в первом приближении функцией местного отношения плотностей вне и на оси струи щ (см. рис. 1.19).

§4. Об интегральных характеристиках струи

1.В предыдущих параграфах говорилось об экспери ментальном определении осредненпых значений газодина­ мических параметров в начальном и основном участках струи. Проведенные измерения характеризуются значи­ тельным разбросом экспериментальных данных. Кроме того, оценка систематических ошибок измерений (§ 1) показывает, что их величина может быть также довольно значительной. Оценка правильности полученных резуль­ татов может быть сделана путем сопоставления интеграль­ ных характеристик струи с исходными характеристиками потока при выходе из соплового устройства.

Качество измерений при исследовании турбулентных струй принято оценивать величиной отклонения избыточ­ ного импульса и избыточного теплосодержания в раз­ личных поперечных сечениях струи от постоянной величи-. ны, так как эти комплексы, как известно, являются инва­ риантами струйного пограничного слоя [9]. Кроме того,

при смешении струй разного состава инвариантным дол­ жен оставаться расход примеси в струе. В случае осесимметрцчных течений соответствующие соотношения в при­ ближении пограничного слоя запишутся так:

ствующих вычислений для различных сечений в начальном

вещества; для случая воздушной струи — относитель­ ного избыточного импульса и теплосодержания. Анало­ гичные данные для основного участка струи даны на

Рис. 1.32. Интегральные характеристики гелиевой струи в началь­ ном участке: относительное избыточное количество движения ///„

и относительный расход гелия Q/Q0 (т = var, обозначения, как на рис. 1.15).

Рис. 1.33. Относительный избыточный импульс в поперечных сечениях основного участка различных струй.

рис. 1.33—1.35. Анализируя полученные результаты, можно отметить, что в то время, как для начального участ­ ка все параметры сохраняются близкими к исходным (///„, Q/Qо ^ 1), в основном участке интегральные значе­ ния I, Q и Н существенно отличаются от соответствующих величин, определенных по исходным параметрам потока. Для избыточного импульса и теплосодержания это обу­ словлено, по-видимому, не особенностями течения, аявляет­ ся следствием различия использовавшихся в опытах сопел. Как уже указывалось, основные измерения в начальном участке (для которых получены данные, представлен­ ные на рис. 1.30—1.32) проводились при использовании