Прикладная газовая динамика

48. Потери энергии в канале постоянного сечения (трубе) для капельных и сжимаемых жидкостей. Основные виды местных сопротивлений – конфузор и внезапное сжатие, диффузор и внезапное расширение.

Местные сопротивления: на трение в результате действия давления,

Потери на конфузоре: обусловлены вихреобразованием при входе в трубу меньшего диаметра, эмпирическая формула: ( ).

Потери на диффузоре: потери на удар, так как скорость жидкости падает на малом расстоянии, соударяясь с медленно текущей:

.

49. Потери при повороте потока, вторичные течения. Параметры поворота, определяющие величину составляющих потерь при повороте.

72

50. Переход ламинарного режима течения в турбулентный, структура турбулентного пограничного слоя и закон распределения скоростей по его толщине (см. также ЛР), отрыв пограничного слоя. Расчет коэффициента Дарси для ламинарного режима, турбулентного режима с различной степенью проявления шероховатости (неравенства Сабанеева). Характеристика сети.

Режим течения зависит от многих факторов, главным из которых является соотношение между силами инерции и силами вязкости, характеризуемое числом Рейнольдса. При низких его значениях ламинарное течение остается устойчивым, и все возмущения, вносимые внешним потоком или обтекаемой поверхностью, быстро затухают. Вязкость играет стабилизирующую роль.

н

наблюдается нарушение ламинарного режима, в нем образуются турбулентные пятна, в которых происходит поперечный перенос массы. Они распределены неравномерно по пограничному слою. При увеличении растет число этих пятен и частота их следования, пока течение не приобретает гомогенную структуру.

Турбулентное течение состоит из вихревых образований различных размеров и интенсивности, которые придают сечению нестационарный характер с пульсациями скорости в широком диапазоне. Крупные вихри порождают низкочастотную пульсацию, а мелкие – высокочастотную.

Влияние вязкости в турбулентном течении мало, и его можно представить как сложное движение идеальной жидкости. Кажущееся трение – воздействие в потоке добавочных сил, возникающих из-за поперечного переноса вещества. Оно увеличивает сопротивление каналов при переходе к турбулентному течению.

Процесс перехода: в начале локальные значения малы и сохраняется ламинарный режим. Затем на верхней границе возникают бегущие волны и появляются турбулентные пятна. При

кр процесс перехода завершается.

73

Диапазон , в котором происходит переход, зависит от степени возмущенности потока за пределами пограничного слоя, значение градиента давления, степень шероховатости обтекаемой поверхности.

Коэффициент Дарси – характеризует потери при течении несжимаемой жидкости.

√.

Влияние шероховатости на положение переходной зоны происходит только при больших значениях шероховатости. Если относительная

74

51. Уравнение обращения воздействий. Краткий анализ воздействий, виды дроссселирования течений (виды кризиса течения). Необходимость комплексных воздействий на поток в турбомашинах.

Уравнение описывает относительное изменение скорости и параметров состояния в потоке.

( )

Анализ осуществляют по каждому из воздействий в отдельности.

Виды воздействий:

3.Расходное воздействие:

( )

4.Геометрическое:

( )

5.Гидравлических потерь:

( )

Закон обращения воздействий имеет ряд эквивалентных формулировок:

любое физическое воздействие одинакового знака противоположным образом влияет на дозвуковые и сверхзвуковые потоки;

переход через скорость звука с помощью одностороннего воздействия невозможен. Это явление называется кризисом течения.

переход через скорость звука возможен только в том случае, если в критическом сечении знак воздействия изменить на обратный

75

52. Уравнение Гюгонио и анализ геометрического воздействия. Связь сжимаемости со скоростью потока, вывод и анализ. Другие уравнения и формулы, подтверждающие или повторяющие анализ уравнения Гюгонио.

Уравнение Гюгонио.

Рассмотрим ускорение и торможение газовых потоков за счет расширения и сужения каналов при отсутствии других воздействий:

ускорение всегда сопровождается изменением давления. При этом происходит взаимопревращение кинетической и потенциальной энергий при неизменной полной энтальпии:

.

Равнодействующая сил давления (

) является единственной силой, изменяющей скорость

газа: ( )

уравнение Г.

показывает, что дозвуковой поток ускоряется в

сужающемся канале и тормозится в расширяющемся, а сверхзвуковой наоборот.

76

53. Воздействие трения, его анализ и расчет, ГДФ трения.

Является только односторонним, причем всегда полагают, что работа совершается самим потоком.

( )

Сверхзвуковой поток под воздействием трения тормозится, а дозвуковой – разгоняется.

толщина погран. слоя увеличивается, воздействие трения сводится к одностороннему расходному.

77

54. Тепловое воздействие, его анализ и расчет. Тепловой кризис, проявление в основных и форсажных камерах сгорания.

Тепловое воздействие – подвод тепла к движущемуся газу(основной процесс в реактивных двигателях)

УЗОВ: ( ) показывает принципиальное

существование сверхзвукового сопла.2 явления: тепловой кризис и тепловое сопротивление(снижение давления при отводе теплоты к движущемуся газу)

Показатель политропы термодинамического процесса в тепловом сопле

Расчет параметров газового потока

1)

2)Подогрев( охлаждение) газа:

3)Относительное количество тепла:

4)Коэффициент сохранения полного давления:

6)Отношение плотностей и скоростей:

78

55. Параболические, эллиптические и гиперболические уравнения. Понятие о характеристических линиях и поверхностях. Простые волны Римана, примеры волн Римана.

Понятие о волне Прандтля – Майера.

Характеристическая поверхность – это такая поверхность, на которой решение существует но является неоднозначным. Любая линия на этой поверхности называется характеристической

(характеристикой).

Разрешается неопределенность на линии пересечения двух характеристических поверхностей (появляется частное решение).

Примеры: в стволе при выстреле

Простые волны Римана (нестационарное течение):

любое простые стационарные волны, Фарнкля-Маера – стационарные сверхзвуковые

Волна Прандтля-Майера (сверхзвуковое стационарное течение):

Условие совместимости:

√

угол наклона вектора скорости к оси х. Представляет собой пучок центрированных волн.

потенциал скорости

56. Кинематика движения жидкой частицы. Виды движения. Вихревое и потенциальное движение, условия незавихренности, потенциал скорости. Основные понятия. Уравнения, описывающие вихревое течение. (Сборный вопрос из отдельных тем курса).

Потенциальное течение – движение, при котором отсутствует движение частиц среды относительно собственных осей ( ̅ ). Вихревое течение – если ротор скорости или циркуляция скорости по любому замкнутому контуру отлична от нуля, то частицы вращаются вокруг собственных осей.

Потенциал скорости – функция, частные производные которой соответствуют компонентам скорости: и т.д.

80