книги из ГПНТБ / Повх И.Л. Аэродинамический эксперимент в машиностроении

Т а б л и ц а 5.4. Потери в коленах различной конфигурации

Г58

Продолжение табл. 5.4

159

Очевидно, такой поворот, хотя и снижает коэффициент потерь, но незначительно.

Так как потери в колене с направляющими лопатками, распо­ ложенными наилучшим образом, не могут быть меньше потерь в криволинейном канале со сколь угодно большим радиусом кри­ визны, то для получения минимума потерь установку направля­

диусом.

Из анализа кривой изменения коэффициента потерь в зави­ симости от радиуса кривизны для нормального колена можно сделать вывод о том, что для снижения потерь установка направ­ ляющих лопаток может быть особенно эффективной лишь в том случае, когда безразмерный радиус кри­ визны не может быть сделан больше

единицы, т. е. когда г!Ь < 1.

Вслучае, когда rib можно сделать больше единицы, установка лопаток и любое изменение формы колена не мо­ жет дать сколько-нибудь значительного снижения потерь.

Вколенах с уменьшающейся пло­ щадью этот предел может быть сущест­

Такой вывод естествен, так как любые направляющие лопатки, поставленные в колено, увеличивают сопротивление трения, но при сильных поворотах они значительно снижают местное сопро­ тивление. При малых поворотах, т. е. при больших радиусах кри­ визны, местные отрывы отсутствуют, поэтому сопротивление тре­ ния является существенной составляющей полного сопротив­ ления.

В аэродинамических трубах часто применяются профилиро­ ванные лопатки [62, 99], обводы, профили которых состоят из дуг двух окружностей. Радиусы и координаты их центров приве­

160

Число лопаток в колене может быть определено по одной из следующих формул:

Если заданной считать величину хорды, то число лопаток опре­ деляется по формулам:

3Ь__

я 1 t

—

~t

я= Ä b t~ '

Количество лопаток, вычисленное по формуле (5.9), обычно называют нормальным, по формуле (5.10) — оптимальным и по формуле (5.11) — минимальным. В первом случае лопатки обычно размещаются равномерно, т. е. на одинаковом расстоянии одна от другой.

Во втором и третьем случаях лопатки размещают по закону арифметической прогрессии

аі — аі + (і — 1) d, .

где а х— расстояние между хордой первой лопатки и хордой дуги

первой и последней лопаток и хордами дуг соответствующих за­ круглений, обычно задаются. На основании опытов [62] рекомен­ дуется брать ап1ах = 2.

Количество лопаток, рассчитанное по формуле (5.10), и их равномерное распределение в колене применялось в первых

трубах. По результатам последних опытов формула (5.10) не имеет преимущества по сравнению с формулой (5.11).

На рис. 5.21 приведены кривые изменения коэффициента по­ терь в зависимости от г!b для колена без лопаток и для колен с нор­ мальным, оптимальным и минимальным числами лопаток по опы­ там ЦАГИ [63].

ным и оптимальным числом лопаток имеют одинаковое значение с потерями в колене без лопаток;

в) при больших радиусах закругления rib > 0,25 наивыгод­ нейшим числом лопаток является минимальное, т. е. определен­

лену является получение однородного поля скоростей за коленом. На рис. 5.22 показаны поля скоростей за коленами аэродинамиче­ ской трубы на расстоянии от 200 до 1000 мм. Видно, что без лопа­ ток поле за коленом является наиболее неоднородным, при нали­ чии лопаток поле скоростей уже на расстоянии 1000 мм стано-

162

вится вполне однородным. Наличие отрывных явлений в колене вызывает довольно большие пульсации в потоке за коленом. Величину пульсаций можно характеризовать отношением зна­ чений средних пульсаций давления за коленом А йк напору перед коленом h. Как видно из приведенных значений Ah/h, лопатки весьма благоприятно влияют на пульсации давлений, снижая последние почти в четыре раза по сравнению с пульсациями в колене без лопаток.

Наивыгоднейшими углами между хордой лопаток и осью трубы перед коленом являются углы, изменяющиеся в пределах от 45 до 51°. Увеличение и особенно уменьшение угла приводит к ухуд­ шению потока.

И*

ЧАСТЬ ВТОРАЯ

ГЛАВА VI

ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТЕЙ И ДАВЛЕНИЙ

30.; Измерения давлений и скоростей

Из всех измерений, производимых в экспериментальной ме­ ханике жидкостей и газов, измерения скоростей и давлений яв­ ляются наиболее важными и наиболее широко применяемыми. Существует очень много исследований, посвященных разработке различных методов определения скоростей и давлений, и создано огромное количество конструкций приборов.

Из всех методов, применяемых на практике для измерения скоростей, укажем следующие:

1.Механический метод, при котором используются приборы типа вертушек, анемометров, доски Вильда и пр. В основе этого метода лежит непосредственное механическое воздействие по­ тока на приемный элемент прибора.

2.Пневматический способ, при котором применяется большое -число различных насадков (трубки, цилиндрические и шаровые зонды и др.). В этих приборах принимающим и передающим элементом является некоторый объем жидкости или газа, а зна­ чение скорости вычисляется по величине измеренного давления.

3.Метод измерения, основанный на определении скорости движения частиц среды или субстанций — так называемый кине­ матический метод. Сюда надо отнести приборы, позволяющие определять скорость переноса ионизированных или нагретых объемов среды, освещенных или светящихся частиц и др.

5.Определение скоростей путем измерения явлений электри­ ческими датчиками. Здесь используются пьезоэлектрические, индуктивные, емкостные, магнитострикционные и другие датчики.

6.Акустические методы, позволяющие измерять скорость потока по распространению звука в потоке.

7.Оптические методы измерения.

164

Каждый из указанных способов имеет свои преимущества и недостатки. Выбор метода измерения зависит от особенностей поставленной задачи. Так, для измерения местных скоростей, быстро изменяющихся во времени, нельзя использовать приборы, работающие по первым трем способам. Акустический и оптический методы наиболее эффективны при изучении потоков со сверхзву­ ковыми скоростями. Кинематический метод может с успехом при­ меняться как абсолютный метод при тарировке приборов. Среди различных методов определения скоростей и давлений наибольшее значение в экспериментальной аэродинамике имеет пневматиче­ ский способ, основанный на измерении давления в определенных точках поверхности внесенными в поток измерительными при­ борами. Такие приборы называются насадками или зондами.

Основное требование к ним заключается в том, что величины изменений скоростей и давлений, вызванных внесенным в поток прибором, должны быть достаточно малы по сравнению с изме­ ряемой разностью давлений. Так как для данного насадка размеры области возмущения находятся в прямой зависимости от размеров прибора, то указанное условие сводится обычно к требованию уменьшения отношения размеров (поперечного сечения) прибора к размерам поперечного сечения потока.

При определении давлений нужно различать:

1) измерение давлений, возникающих на поверхности твердых тел при обтекании их потоком (внешняя задача) или на поверх­ ности стенок русла, в котором течет жидкость (внутренняя задача);

2) определение давления в точках, расположенных в потоке, т. е. давления в точках движущейся жидкости.

В первом случае измерение давления осуществляется с по­ мощью дренирования стенок канала или обтекаемого твердого тела. Для получения надежных результатов при дренировании тел следует соблюдать следующие условия:

а) диаметр высверленного в стенке отверстия не должен

к поверхности стенки.

Штуцер можно ставить на резьбе или пайке. Если из-за опас­ ности деформации или недостаточной толщины стенок невозможно применить резьбу или пайку штуцера, то его можно крепить на обойме.

Для измерения давления в каналах с деревянными стенками или для изучения распределения давления по поверхности дере­ вянных моделей следует врезать в деревянные поверхности шли­ фованные металлические пластинки достаточных размеров и в них сверлить измерительные отверстия. Если дерево крепкое, а экспе­ рименты непродолжительны, то штуцер можно ставить без ме­ таллической пластинки.

165

В каждой точке поверхности измеряется не абсолютная ве­ личина давления, а разность его с атмосферным давлением или с давлением р и имеющим место в невозмущенном потоке вдалеке от исследуемого тела. Для того чтобы кривую давления по по­ верхности тела сделать не зависящей от величины скорости, указанную разность давлений относят к величине скоростного

напора невозмущенного потока рѴІ/2. Эта безразмерная величина, называемая коэффициентом давления, равна

р — р1 рѵі

Р - Р г

пора рѴі/2 ~ <7і, т. е. полному напору. Очевидно, что в крити­

ческой точке величина р равна единице. В точке, где р =--=0, ве­ личина давления на поверхности цилиндра равна давлению в невозмушщіном потоке, т. е. р = р ѵ В точках с отрицательным зна­

чением р давление на поверхности цилиндра меньше, чем в невоз­ мущенном потоке.

Аналогичные кривые для шара и для полутела приведены на рис. 6.2 и 6.3.

Анализ приведенных кривых распределения давления пока­ зывает, что цилиндром, шаром или полутелом можно воспользо­

166

ваться для измерения давления и полного напора набегающего потока. Действительно, при измерении давления в точках поверх­ ности прибора, имеющего форму цилиндра, шара или полутела,

в которых величина р равна нулю, будем получать давление не­ возмущенного йотока, а при измерении давления в критической

точке (р — +1) — полный напор.

Простейшим прибором для измерения давления является круг­ лая трубка, изогнутая под прямым углом так, что ее конец имеет

верхности шара при различных числах Re4 ления по поверхности полутела

Наличие державки влияет на распределение давления по по­ верхности такой трубки. На верхней поверхности кривая рас­ пределения давления остается примерно такой же, как на по­ верхности полутела. Влияние державки в основном сказывается на распределении давления по нижней поверхности (с той стороны, где находится державка). Примерно на расстоянии 3—4 диаме­ тров от носика на нижней поверхности устанавливается положи­

тельное давление р, равное по абсолютной величине давлению на верхней поверхности. В этом месте обычно делают круговую щель или несколько круговых отверстий, распределенных по окруж­ ности. Очевидно, что давление, которое измеряется такой боко­ вой щел^ю, будет равно среднему давлению на верхней и нижней

поверхностях, т. е. р будет равно нулю.1

1 Такая трубка часто называется трубкой Пито.

167