книги из ГПНТБ / Щербинин Э.В. Струйные течения вязкой жидкости в магнитном поле
.pdfо т л и ч а е т ся от начального^ в — = 1 | . Таким образом, с повыше нием Re, несмотря на относительное снижение возмущений на чального профиля, дальнобойность пристеночной струи, к а к и в гидродинамике, увеличивается, соответственно растет и длина участка перехода к профилю Ш е р к л и ф а .
Рис. |
8.4. То же, что на рис. 8.3 (Re=77 700, У=30 CMJC). |
||
Н а |
рис. 8.5 |
приведены профили возмущений скорости, отне |
|
сенные |
к п а р а м е т р у М Г Д - в з а и м о д е й с т в и я , из |
которых следует, |
|
что в к а ж д о м сечении х = const о п р е д е л я ю щ и м |
д л я величины воз |
||
мущения скорости является число N , причем в о з м у щ е н и я ли |
|||
нейно з а в и с я т |
от N . |
|
|
О п и с а н н а я |
картина д е ф о р м а ц и и скоростной структуры на |
участке входа в магнитное поле сопровождается резким откло
нением распределения д а в л е н и я от прямолинейного, |
х а р а к т е р |
||||||
ного |
д л я равномерного течения в |
трубе. О п ы т ы с |
плоской тру |
||||
бой |
с отношением |
сторон, р а в н ы м |
7,9, и р а з м е р о м |
а = 60 мм по |
|||
к а з а л и [7], что вблизи концевых участков |
магнитного |
поля про |
|||||
д о л ь н ы й градиент |
д а в л е н и я |
возрастает |
с ростом |
поля значи |
|||
тельно резче, чем |
в области, |
занятой однородным |
полем. П р и |
Рис. 8.5. Профили возмущений скорости, отнесенные к параметру МГД-взаимо действия в плоскости симметрии у=0.
а — =1; б — =22,5.
аа
этом' д а в л е н и е |
по периметру |
поперечного сечения трубы т а к ж е |
|||
не сохраняется |
постоянным . |
|
|
|
|
Концевые э ф ф е к т ы могут |
внести, судя по |
результатам ра |
|||
боты |
[7], существенный в к л а д |
в сопротивление |
всей трубы в це |
||
лом, |
т а к что это обстоятельство н а р я д у с д е ф о р м а ц и е й |
скоростной |
|||
структуры может о к а з а т ь заметное влияние на |
работу |
М Г Д - у с т - |
ройств, использующих постоянное магнитное поле, особенно при относительно коротких магнитных системах.
§ 3. Т Е Ч Е Н И Е НА У Ч А С Т К Е В Н Е З А П Н О Г О Р А С Ш И Р Е Н И Я
П р и м е р о м необычайно сильного воздействия магнитного поля на поток проводящей жидкости с л у ж и т течение на участке
внезапного расширения . К а к |
п о к а з ы в а ю т опыты, |
которые будут |
||||
описаны ниже, |
струя, |
в ы т е к а ю щ а я из плоской щели |
в |
широкую |
||
прямоугольную |
трубу, |
в поперечном по отношению к |
щели маг |
|||
нитном поле п р е в р а щ а е т с я в |
две пристеночные |
струи, |
ориенти |
|||
рованные под п р я м ы м |
углом |
к исходной струе. |
|
|
|
Течение на участке внезапного расширения к настоящему времени достаточно хорошо изучено экспериментально, т а к что имеется возможность сопоставить различные точки зрения на
причины |
столь |
сильного |
п р е о б р а з о в а н и я |
скоростной |
структуры. |
||||||||
П е р е й д е м |
непосредственно к |
и з л о ж е н и ю результатов |
опытов. |
||||||||||
3.1. СКОРОСТНАЯ СТРУКТУРА ТЕЧЕНИЯ |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
П о л е скоростей изучалось на примере |
течения |
в |
прямоуголь |
||||||||||
ной трубе с поперечным сечением 30X90 |
мм2 и длиной 700 |
мм. |
|||||||||||
Струя |
ф о р м и р о в а л а с ь в |
щели с сечением |
1,47X90 мм2 |
и |
длиной |
||||||||
90 мм. |
В магнитном поле, которое ориентировалось |
вдоль |
корот |
||||||||||
кой стороны сечения трубы, находилась вся труба, |
в к л ю ч а я |
ще |
|||||||||||
левой |
участок. |
М а к с и м а л ь н о е |
значение |
индукции |
достигало |
||||||||
0,4 Т, |
т а к |
что'число |
Н а , |
вычисленное |
по р а з м е р у |
широкой трубы |
|||||||
вдоль |
н а п р а в л е н и я |
поля |
(а = 30 |
мм), |
составляло |
296 |
(в |
описы |
в а е м о м случае трудно отдать предпочтение |
тому или иному раз |
||||
меру трубы, поэтому выбор |
был остановлен на |
традиционном |
|||
р а з м е р е — вдоль п о л я ) . |
|
|
|
|
|
Опыты |
проводились |
при |
трех значениях расхода Q: 0 , 6 - Ю - 4 , |
||
1 , 2 - Ю - 4 , |
1 , 9 5 - Ю - 4 м3/с, |
что |
соответствует |
числам |
Re, р а в н ы м |
5750, 11 500, 18 600. Здесь мы, однако, остановимся лишь на од ном р е ж и м е , соответствующем Re=5750, п о л а г а я , что полные
сведения, |
приведенные |
в р а б о т а х [8—10], получили |
достаточно |
||||||||||||
широкую |
известность |
б л а г о д а р я |
м о н о г р а ф и я м |
[11—13]. |
|
|
|||||||||
П р и описании экспериментальных профилей м ы будем поль |
|||||||||||||||
зоваться системой координат, в которой ось х |
н а п р а в л е н а |
вдоль |
|||||||||||||
трубы, оси у и z — |
соответственно |
|
|
|
|
|
|||||||||
вдоль |
|
и |
поперек |
н а п р а в л е н и я |
маг |
|
|
|
|
|
|||||
нитного |
поля . |
Н а ч а л о |
координат |
|
|
|
|
|
|||||||
р а с п о л о ж е н о , |
к а к |
п о к а з а н о |
|
на |
|
|
|
|
|
||||||
рис. |
8.6. |
Д л я к а ж д о г о |
сечения |
|
х — |
|
|
|
|
|
|||||
= cons t измерения проводились в |
|
|
|
|
|
||||||||||
различных |
сечениях |
z=const ; |
|
по |
|
|
|
|
|
||||||
этим |
измерениям |
о п р е д е л я л а с ь |
|
ве |
|
|
|
|
|
||||||
личина |
м а к с и м а л ь н о й |
скорости |
|
ит |
Рис. 8.6. Схема эксперименталь |
||||||||||
и строилось распределение ит |
|
по |
|||||||||||||
координате |
2 . Н а |
рис. 8.7, а приво |
ной трубы со внезапным рас |
||||||||||||
дится |
|
распределение |
скорости |
|
по |
ширением. |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
у в |
|
центре |
трубы |
|
(z = 0) , |
|
на |
|
|
|
|
|
|||
рис. 8.7,6 — распределение по |
у |
в том сечении z = const, |
где |
||||||||||||
скорость |
um(z) |
п р и н и м а л а м а к с и м а л ь н о е значение. |
|
|
|
||||||||||
Р а с с м о т р и м |
в н а ч а л е |
д а н н ы е |
|
измерений в |
сечении |
2 = 0 |
(см. |
||||||||
рис. 8.7, а). |
К а к следует |
из рисунка, |
в отсутствие поля при дви |
||||||||||||
жении |
струи в |
угловых |
зонах |
о б р а з у ю т с я дв е несимметричные |
|||||||||||
вихревые |
зоны, в результате чего |
струя сбивается к одной |
из бо |
ковых стенок трубы, оставляя у противоположной м о щ н у ю зону
обратного |
течения |
(известный |
э ф ф е к т К о а н д а ) . |
В |
магнитном |
||||||||
поле |
н а р я д у с т о р м о ж е н и е м |
струи |
происходит |
в ы п р я м л е н и е оси |
|||||||||
струи. П р и этом устойчивая |
система трех |
застойных зон |
с н а ч а л а |
||||||||||
переходит в систему, состоящую |
из двух |
таких зон, затем |
струя |
||||||||||
отрывается |
от боковой стенки |
и при Н а » 2 0 0 |
становится |
сим |
|||||||||
метричной |
(рис. 8.8). О д н а к о , став |
симметричной, |
струя |
быстро |
|||||||||
п р е к р а щ а е т |
свое существование, |
причем |
чем в ы ш е |
значение ин |
|||||||||
дукции магнитного |
поля, тем б л и ж е |
к щели |
р а с п о л а г а е т с я |
то се |
|||||||||
чение х, начиная с которого скорость становится равной |
нулю |
||||||||||||
(рис. |
8.9). Л и ш ь |
вблизи щели |
кинетическая |
энергия |
жидкости |
||||||||
еще |
достаточно велика, чтобы |
преодолеть |
т о р м о з я щ е е |
влияние |
|||||||||
магнитного |
ноля. В этом смысле поведение |
струи в сечении 2 = 0 |
|||||||||||
напоминает |
вывод |
теоретического |
а н а л и з а |
о |
р а з м ы в е |
плоской |
струи в поперечном магнитном поле на конечном расстоянии от источника.
Здесь, однако, н у ж н о иметь в виду, что в магнитном поле перестраивается и профиль скорости на выходе из щели, ста новясь AJ-образным в направлении оси z, т а к что процесс пере строения потока в широкой части трубы необходимо, вообще
• -На--0; о - 1 0 5 ; х-165; |
ь-246 |
; |
і-296 |
Рас. 8.7. Распределение скоростеіі при внезапном расширении (Re=5700):
а — в плоскости г=0; б — в плоскости г=44 мм; в — распределение по высоте трубы (по оси г) максимальной скорости в
сечениях £=const.
Размеры и расстояния даны в миллиметрах,
г о в о р я, |
р а с с м а т р и в а т ь |
в совокупности |
с |
процессами, |
происходя |
||||||||||||||||
щ и м и |
в |
ф о р м и р у ю щ е м |
н а ч а л ь н ы й |
|
профиль |
щелевом участке. |
|||||||||||||||
В |
этом |
состоит в а ж н а я |
особенность |
неравномерных |
МГД - тече - |
||||||||||||||||
ний: мы не м о ж е м |
р а с с м а т р и в а т ь развитие |
течения, |
п о л а г а я |
за |
|||||||||||||||||
д а н н ы м |
|
н а ч а л ь н ы й |
профиль . |
Вследствие |
электродинамической |
||||||||||||||||
с в я з и са м н а ч а л ь н ы й |
про |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
ф и л ь о к а з ы в а е т с я |
|
зави |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
с я щ и м |
от |
своего |
после |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
д у ю щ е г о |
развития . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
И н а я |
к а р т и н а |
наблю |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
д а е т с я |
у |
|
граней, |
п а р а л |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
л е л ь н ы х |
магнитному |
|
по |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
л ю |
(см. |
рис. 8.7,6). |
Н а |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
небольших |
|
расстояниях |
Рис. 8.8. Границы |
транзитного течения в |
|||||||||||||||||
от |
щели |
|
происходит |
|
мо |
||||||||||||||||
нотонное возрастание |
мак |
плоскости |
|
z=0 |
при различных На. |
|
|||||||||||||||
с и м а л ь н о й |
скорости |
|
в |
Обозначения |
те же, что и на рис. 8.7. |
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
струйном |
|
профиле |
с |
|
рос |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
т о м |
поля |
|
вплоть до |
|
дву |
|
|
|
|
х=\3 |
|
мм) по |
|
|
|||||||
кратного |
увеличения |
|
(при Н а = 296 |
|
и |
|
сравнению |
||||||||||||||
со скоростью в той ж е точке при Н а = 0 (рис. 8.10). |
|
|
|
||||||||||||||||||
|
П р и |
больших расстояниях |
в о з р а с т а н и ю |
отношения |
скорости |
||||||||||||||||
в |
поле |
к |
скорости |
в |
отсутствие |
поля |
ит(В) |
^ |
- м о ж е т |
предшество- |
|||||||||||
|
j |
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Um (0) |
|
|
|
|
|
||
вать |
некоторое уменьшение |
указанного |
отношения. |
|
Последнее |
||||||||||||||||
с в я з а н о |
с д е ф о р м а ц и е й |
п р о ф и л я u(z) |
|
вблизи |
граней |
z = ± 4 5 |
мм: |
||||||||||||||
с |
ростом |
поля |
п р о ф и л ь |
становится |
все более |
наполненным, |
т а к |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Um{B) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
что, |
несмотря |
на уменьшение |
И т ( 0 ) |
[ , расход |
у этих |
граней воз- |
|||||||||||||||
/ Г 1 |
растает .
Рис. 8.9. Зависимость максимальной скорости в сечении 2=0 (в магнитном поле), отнесенной к скорости при В = 0 , от квадрата числа Гартмана:
/ — д.-=13; 2 — х=30; 3 — х=46; 4 — х=&0 мм.
|
О х а р а к т е р е изменения значений |
ит |
|
в сечениях |
z = const |
по |
||||||||||
направлению z м о ж н о судить |
по рис. 8.7, в |
(показана |
половина |
|||||||||||||
симметричного п р о ф и л я ) . К а к следует |
из рисунка, |
|
плоский |
про |
||||||||||||
|
|
|
|
филь |
um(z) |
в магнитном |
|
поле |
||||||||
|
|
|
|
деформируется |
в |
Af-образиый, |
||||||||||
|
|
|
|
х а р а к т е р н ы й д л я |
|
системы |
двух |
|||||||||
|
|
|
|
пристеночных |
струй: |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
Своеобразие |
этих |
|
струй, |
в |
||||||||
|
|
|
|
отличие от хаитовского тече |
||||||||||||
|
|
|
|
ния и течения при входе в маг |
||||||||||||
|
|
|
|
нитное поле, состоит в том, что |
||||||||||||
|
|
|
|
на начальном |
участке |
д л я них |
||||||||||
|
|
|
|
х а р а к т е р н ы |
резкие |
градиенты |
||||||||||
|
|
|
|
скоростей |
в |
двух |
н а п р а в л е |
|||||||||
|
|
|
|
ниях |
г |
и |
у. Л и ш ь |
на |
после |
|||||||
|
|
|
|
дующих |
этапах |
|
происходит |
|||||||||
|
|
|
|
выравнивание |
профиля |
|
ско |
|||||||||
|
|
|
|
рости |
по у |
(т. е. вдоль |
н а п р а в |
|||||||||
|
|
300 На |
ления |
магнитного п о л я ) , |
т а к |
|||||||||||
Рис. |
8.10. Зависимость максималь |
что |
|
струи |
становятся |
|
плос |
|||||||||
кими. |
Д а л ь н е й ш е е |
их |
разви |
|||||||||||||
ной |
скорости |
в сечении Z—A4 мм |
тие |
происходит |
т а к |
ж е , |
к а к |
и |
||||||||
(в |
магнитном |
поле), отнесенной к |
струй, |
|
возникших |
при входе |
в |
|||||||||
максимальной |
скорости при 5 = 0, |
|
||||||||||||||
от числа Гартмана. |
|
магнитное |
поле (см. предыду |
|||||||||||||
Обозначения те же, что и на рис. |
щий |
|
п а р а г р а ф ) , |
|
а |
именно: |
с |
|||||||||
8.9. |
|
|
|
ростом |
х |
проявляется |
тенден |
|||||||||
|
|
|
|
ция |
|
перехода |
|
к п р о ф и л ю |
||||||||
Ш е р к л и ф а |
[4], однако |
длина |
экспериментальной |
|
трубы |
о к а з а |
||||||||||
л а с ь недостаточной д л я |
определения |
величины |
участка |
ф о р м и |
||||||||||||
рования этого профиля . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Опыты с большими числами Re при всей схожести с описан |
|||||||||||||||
ными выше |
я в л е н и я м и |
д а л и |
ещ е один |
результат: |
перестройка |
струи в систему двух пристеночных струй м о ж е т сопровождаться весьма интенсивными пульсациями скорости низкой частоты в области с м ы к а н и я профилей пристеночных струйных слоев. Д л я иллюстрации приведем результаты измерений п р о ф и л я по оси z
при R e = 1 1 500, |
Н а = 2 9 6 в сечении, |
удаленном |
от щели на |
рас |
||||
стояние л; = 44 мм |
(рис. 8.11). З д е с ь |
кривая |
проведена |
по |
сред |
|||
ним во времени |
п о к а з а н и я м скорости, точки |
вокруг кривой |
д а ю т |
|||||
представление |
о |
м а к с и м а л ь н о м |
отклонении |
значений |
скорости |
|||
от средней. Причины столь сильной дестабилизации |
потока в |
|||||||
центре трубы, по-видимому, следует искать |
в |
следующем . |
|
|||||
И н д у ц и р у е м ы е |
в зоне струйного |
течения |
электрические |
токи |
||||
могут з а м ы к а т ь с я |
не только по |
пристеночным |
слоям |
жидкости, |
||||
но и в центральной части трубы |
через о к р у ж а ю щ и е струю |
зоны |
о б р а т н ых скоростей. Тем с а м ы м вблизи границ струи н а р я д у с основными к о л ь ц а м и тока образуется система более мелких ко
лец, т а к |
что |
по всей высоте струи (по |
оси |
z) |
создаются условия |
|||
д л я |
создания системы вихрей с осями, |
ориентированными по |
||||||
полю. Таким |
о б р а з о м , /W-образный по |
оси |
z профиль |
скорости |
||||
д о л ж е н , |
вообще говоря, |
с о д е р ж а т ь |
набор |
мелких |
экстрему |
|||
мов, |
«рябь» на основном профиле . О д н а к о |
турбулентные возму |
||||||
щения, |
генерируемые к а к |
основной струей, |
т а к и о б р а з о в а в ш и |
|||||
мися |
в |
поле |
пристеночными струями, с г л а ж и в а ю т неоднород |
|||||
ности |
профиля . Л и ш ь при |
достаточно |
большом поле |
с к л а д ы в а |
ли х=гз |
х=зо |
х=4б |
х=ао |
Рис. 8.12. Профили скорости при внезапном расширении и наличии проводящих стенок, параллельных полю:
a — в направлении оси г; б — в сечении z=4I мм; в — в сече
нии г=0.
Обозначения те же, что и на рис. 8.7.
ются условия, которые способствуют «плаванию» во времени
неоднородностей |
профиля . Действительно, если проводить ана |
|
логию |
с течением |
Х а н т а (см. § 4 главы V I I ) , д л я пристеночных |
струй |
х а р а к т е р н о |
о б р а з о в а н и е турбулентных пробок, интенсив |
ность которых тем выше, а частота появления тем меньше, чем значительнее магнитное поле. Эти турбулентные пробки и могут
стать причиной |
столь |
з а м е т н ы х |
возмущений |
в профиле, |
причем |
|||
частота возмущений |
м о ж е т о к а з а т ь с я столь |
низкой, что |
т а к а я |
|||||
инерционная |
система, |
к а к трубка П и т о — П р а н д т л я , способна |
их |
|||||
з а ф и к с и р о в а т ь . |
|
|
|
|
|
|
|
|
В пользу |
намеченной |
здесь |
схемы говорят те ж е опыты, |
но |
||||
проведенные |
в |
трубе |
с |
хорошо |
п р о в о д я щ и м и (медь толщиной |
|||
3 мм) стенками, |
п а р а л л е л ь н ы м и |
полю (рис. 8.12). Здесь условия |
о б р а з о в а н и я М - образной структуры значительно ухудшены (на
начальном |
участке |
развития |
струи |
такой структуры |
вообще |
не |
н а б л ю д а е т с я ) , поэтому возмущения |
от пристеночных |
струй |
не |
|||
происходит |
(из-за |
отсутствия |
самих |
пристеночных струй) и про |
филь м а к с и м а л ь н о й скорости приобретает своеобразный «гре бенчатый» х а р а к т е р . Особо следует отметить стабильность во времени и пространстве значений экстремумов на профиле и их числа при многократно повторявшихся опытах (10].
Аналогичные результаты |
были получены т а к ж е в опытах |
с течением при одностороннем |
внезапном расширении [10]. |
3.2. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ |
ПОТЕНЦИАЛОВ |
Опыты Г е л ь ф г а т а |
и К и т а [14] д а ю т н а г л я д н о е представление |
о распределении центров завихренности сои , приводящей к воз
никновению .М-образной структуры, |
во |
внезапном |
расширении . |
|||||||||||||
К а к |
видно |
из соотношения |
(8.2), |
д л я этой цели следует |
опреде |
|||||||||||
лить |
те |
области, |
где производная |
^ |
наиболее |
значительна . |
||||||||||
Эту |
з а д а ч у |
м о ж н о |
решить, если |
воспользоваться |
кондукцион- |
|||||||||||
ным |
анемометром, дв а электрода |
которого |
р а с п о л о ж е н ы |
вдоль |
||||||||||||
н а п р а в л е н и я |
магнитного |
поля |
(0, |
Ву, |
0), |
т а к |
к а к |
в |
этом |
|||||||
случае |
при любом |
поле скоростей |
( V x B ) y = 0 и и з м е р я е м а я раз |
|||||||||||||
ность |
потенциалов |
в точности р а в н а ^ - составляющей |
электричес- |
|||||||||||||
|
|
|
|
д<Р |
|
iv |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
кого тока: — = — — . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
ду |
|
<7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В |
|
опытах, |
кроме |
того, |
измерялось электрическое |
поле |
Ez = |
|||||||||
= ихВу— |
~- |
(для |
этого пара электродов |
р а с п о л а г а л а с ь |
поперек |
магнитного |
п о л я ) , |
которое |
|
позволяет |
судить о |
распределении |
||||||||||
скорости |
их. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Экспериментальный |
участок |
п р е д с т а в л я л |
собой |
|
щ е л ь |
||||||||||
10X60 мм2, |
из которой |
поток |
п о п а д а л в |
более ш и р о к у ю трубу с |
||||||||||||
сечением |
20x6 0 млі2. |
Щ е л и |
длиной |
170 |
мм |
предшествовал |
пря |
|||||||||
молинейный |
конфузор |
длиной |
80 |
мм |
с сечением |
20X60 |
мм2 |
|||||||||
в |
широкой |
части. |
Р е ж и м ы |
работы |
х а р а к т е р и з о в а л и с ь |
числами |
||||||||||
Re, |
р а в н ы м и |
21 • 103 |
и 35-103 , |
и значениями п а р а м е т р а |
М Г Д - в з а и - |
|||||||||||
модействия |
N , р а в н ы м и |
5,5 |
и |
10,5. |
П р и |
этом все |
п а р а м е т р ы те |
|||||||||
чения о б е з р а з м е р и в а л и с ь по |
х а р а к т е р н о м у |
размеру, |
р а в н о м у |
|||||||||||||
ширине трубы в широкой части |
(<z = 20 |
мм), |
и среднерасходной |
|||||||||||||
скорости |
в этой части |
трубы . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
У |
|
|
III |
|
|
II |
|
|
і |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
/II |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
Шх'0,25 |
|
1L |
X=0,5 |
|
л» |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
111 х.Щ |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
Is |
f-0,75 |
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
IЦіII |
|
|
W |
|
|
|
u- |
• |
li |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1_ |
|
|
11 |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
_U*J |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. |
8.13. |
Профили составляющей |
электрического |
поля |
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
Ez |
на |
различных расстояниях |
от |
уступа внезапного |
рас |
|
|
|
||||||||||
|
|
|
ширения: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
* _ у=о, N=5,5; А |
— у=0, |
N=10,9; |
X — (/=0,4. N=5,5. |
|
|
|
|
|
|
|||||||||
Р а с п р е д е л е н и е |
Ez |
в |
центре трубы |
(t/ = 0) |
(рис. |
8.13) |
в |
прин |
|||||||||||||
ципе |
напоминает |
распределение |
м а к с и м а л ь н о й |
скорости |
по |
вы |
|||||||||||||||
соте |
струи, о |
котором ш л а |
речь в п. 3.1. В то |
ж е |
в р е м я |
распре |
|||||||||||||||
деление |
Ez |
вблизи стенки, |
перпендикулярной |
полю |
(у = 6,4), |
на |
|||||||||||||||
м а л ы х расстояниях |
от |
щели, |
где |
их^0, |
свидетельствует |
о |
|
том, |
|||||||||||||
что |
при |
внезапном |
расширении |
индуцируемые токи |
j |
z |
могут |
||||||||||||||
достигать |
значительных |
величин, |
т а к |
что судить |
о |
распределе |
|||||||||||||||
нии |
их |
|
по |
измеренному |
Ег |
м о ж н о |
л и ш ь весьма |
условно. |
|
|
|
||||||||||
Более |
интересны |
измерения ^ - с о с т а в л я ю щ е й |
плотности |
тока . |
|||||||||||||||||
К а к |
|
следует |
из |
рис. |
8.14, |
область м а к с и м а л ь н ы х |
значений |
||||||||||||||
плотности |
тока п р и м ы к а е т |
к |
стенкам, |
п а р а л л е л ь н ы м |
полю, |
и |
яв |
||||||||||||||
ляется |
настолько |
узкой, что |
м о ж е т |
р а с с м а т р и в а т ь с я |
к а к |
|
при |
||||||||||||||
стеночный токовый слой. В |
этой ж е |
области м а к с и м а л ь н а |
и про- |
||||||||||||||||||
изводная |
~ |
(рис. 8.15), т а к |
что завихренность |
потока |
ау |
созда |
|||||||||||||||
ется в |
основном именно |
в этих областях . О б р а щ а е т |
на |
себя |
|
вни |
|||||||||||||||
мание |
т а к ж е |
резкое |
возрастание |
пристеночного тока (рис. 8.16) |
|||||||||||||||||
и его |
производной |
(рис. |
8.17) |
по |
мере |
п р и б л и ж е н и я |
к |
щели . От |
сюда следует, что в широкую часть трубы поток жидкости всту-
пает с м а к с и м а л ь н ы м значением завихренности; кроме того, |
ста |
|||
новится очевидной |
причина |
резкого в о з р а с т а н и я |
плотности |
ин |
дуцируемого тока: |
если в |
щели индуцируемый |
то к з а м ы к а л с я |
через сравнительно большое сопротивление, к а к о в ы м является
пограничный слой на стенках, перпендикулярных |
полю, то в мо |
|||
мент |
выхода из щели то к получает возможность |
з а м ы к а т ь с я че |
||
рез |
относительно м а л о е сопротивление |
застойных зон, |
примы |
|
к а ю щ и х к уступу внезапного расширения . |
|
|
||
Расчет диссипативных потерь (рис. 8.18), основанный, |
правда, |
|||
л и ш ь на одной составляющей плотности |
тока, приводит к |
заклю - |
Рис. 8.14. Распределение тока j y в сечении -v=0,5 при N = 5,5:
X — г=І,45; О — г=І,35; Т — г=1; • —
г=0,75; + — г=0,5.
|
djv |
по дан- |
Рис. 8.15. Распределение -щ |
||
н ы м р и с . 8.14 |
(обозначения |
ТЄ Же) . |
ґ |
1 |
' |
Рис. 8.16. Распределение тока /„ на различных расстояниях от уступа вне запного расширения при N=5,5 и z=l,45:
О — *=0,75; А — *=0.5; X — х=0,25;
• — х=0,1.
Рис. 8.17. Распределение -щ- по дан ным рис. 8.16 (обозначения те же).