Тема: Измерение пульсаций в сжимаемых потоках с помощью термоанемометра

Пульсации в потоках жидкостей и газов играют важную роль в процессах смешения в химической технологии, авиационной и космической технике, энергетике, двигателестроении и т.д. Влияние пульсационных процессов на характер обтекания тел потоком, на структуру самого потока очень велико: это и инициирование перехода от ламинарного течения к турбулентному, и изменение положения зоны отрыва потока, и влияние на аэродинамические характеристики элементов конструкции летательных аппаратов, и многие другие явления. При этом роль пульсаций, физическая природа их воздействия обычно менее изучены по сравнению с последствиями этого воздействия. Создание расчетных методов, физических и математических моделей требует наличия информации о структуре пульсаций. Этим объясняется большой интерес как к результатам исследований пульсаций с помощью известных методов, так и к разработке новых перспективных методов измерений.
При малых скоростях основную роль при смешении играют пульсации скорости, то есть турбулентность потока. В высокоскоростных сжимаемых течениях, особенно когда скорость газа достигает транс- и сверхзвуковых значений, помимо турбулентности (вихревой моды пульсаций) возникают пульсации температуры, давления, плотности (составляющие энтропийную и акустическую моды) и другие.
Турбулентное течение жидкости и газа является наиболее распространенным видом движения и его исследование имеет большое прикладное значение. Однако до сих пор проблема турбулентности все еще далека от полного разрешения. Имеющиеся отдельные достижения в этой области исследований относятся в основном к теории изотропной турбулентности — простейшего типа турбулентного течения. Попытки разработки теории неизотропной турбулентности пока не привели к ощутимым результатам. Наиболее эффективными являются методы, основанные на обобщении экспериментальных материалов.
Анализ опытных данных [1] показал, что задача сильно упрощается, если пространственное обтекание решетки свести к обтеканию эквивалент-ной плоской сетки. В этом случае в качестве характерного размера решетки целесообразно использовать не диаметр d ячейки решетки, как это обычно принято, а диаметр прутка bэкв эквивалентной сетки.
Основными геометрическими параметрами решетки являются:
— коэффициент заполнения

S = 1 — F1/F0  1- 0,907 d2/D2 (1)

где F1 — площадь отверстия решетки,
F0 — площадь одного из шестиугольников, из которых состоит вся площадь решетки,
D — расстояние между центрами отверстий (рисунок 1);
— относительная толщина решетки l/d;
— число Рейнольдса

,

где UМ — местная скорость потока в центре отверстия;
 — кинематическая вязкость;
bэкв — диаметр прутка эквивалентной сетки, определяемый по формуле:

.

При одинаковых коэффициентах заполнения решетки имеют более высокий коэффициент сопротивления, чем сетки; следовательно, они порождают более высокую собственную турбулентность.
При практическом использовании решеток в аэродинамических трубах номинальный коэффициент заполнения должен быть не более 0,4, при этом следует учитывать, что фактический коэффициент заполнения решеток всегда больше номинального (геометрического) в среднем на 10%.
Знание методов управления уровнем турбулентности с помощью специальных устройств — сеток, хонейкомбов, перфорированных пластин — необходимо как при создании новых аэродинамических труб с низким уровнем турбулентности, соответствующим условиям натурного полета, так и при разработке научно обоснованных методов детурбулизации потока в уже существующих аэродинамических трубах. Практический интерес представляют также эффективные способы создания потока с устойчивым высоким уровнем турбулентности [2].
Для данной работы установить такие устройства в самой форкамере невозможно, так как из-за поджатия потока происходит подавление пульсаций. Решетка была выбрана из-за простоты измерения характеристик и возможности установки непосредственно перед соплом.



Купить

Проведено исследование характеристик пульсаций в сверхзвуковом потоке в канале квадратного сечения. Возмущения генерировались решетками из круглых стержней разного диаметра.
Отработана методика измерения пульсаций в сверхзвуковом потоке с помощью термоанемометра.
Обработка данных произведена по методу диаграмм пульсаций.
Получено:
1) Интегральные характеристики пульсаций с разделением на моды. При отсутствии решеток преобладающий вклад вносят акустические возмущения.
2) При наличии решеток в потоке присутствуют пульсации всех трех видов (турбулентность, температурная неоднородность и звуковые волны).
3) Выполнен анализ спектров пульсаций для всех исследованных конфигураций. Показано, что при отсутствии решеток помимо акустических возмущений в потоке присутствует вихревая мода в высокоскоростной области спектра (f > 40 кГц).
4) При наличии решеток вихревая мода генерируется всеми исследованными решетками, а ее интенсивность пропорциональна диаметру решеток.
5) Полученные данные могут быть использованы и учтены при создании установок, где требуется повышенный уровень пульсаций потока.

Купить