Эффект Коанда при выдувe струй из прямоугольныx сопл под углом к плоской поверхности Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

______, УЧЕНЫЕ ЗАПИСКИ ЦАГИ_________________

Том XXV 1994 №3-4

УДК 532. 525. 6

ЭФФЕКТ КОАНДА ПРИ ВЫДУВЕ СТРУЙ ИЗ ПРЯМОУГОЛЬНЫХ СОПЛ ПОД УГЛОМ К ПЛОСКОЙ ПОВЕРХНОСТИ

Г. А. Ганич, Н. А. Гущина, Ю. Г. Жулев

Приводятся результаты экспериментов, в процессе которых для струй из прямоугольных сопл изучалась зависимость степени проявления эффекта Ко-анда от геометрических параметров сопла и от угла выдува струй к плоской поверхности.

Возможность отклонения струи в сторону поверхности или даже прилипания струи к поверхности, под углом к которой эта струя выдувается, является известным фактом (эффект Коанда, например, [1—3]). Однако в литературе отсутствуют количественные характеристики этого явления для струй из прямоугольных сопл конечного удлинения. Поэтому целью настоящей работы было получение связи между степенью проявления эффекта Коанда и углами выдува струи относительно плоской поверхности при различных геометрических параметрах сопла с прямоугольным выходным сечением.

Принципиальная схема экспериментальной установки показана на рис. 1. Сжатый воздух поступал в сменное ропло 1 и выдувался под углом к пластине 2, жестко соединенной с соплом кронштейнами 3. На трубопроводе, подводящем сжатый воздух к соплу, размещались двухкомпонентные тензовесы 4, с помощью которых определялось направление струи, покидающей пластину. Установка позволяла изменять угол выдува струи относительно плоскости пластины аг, отношение длины выходного сечения сопла к его высоте 1/8 (за счет изменения как высоты сопла 5, так и его длины /), а также изменять давление подаваемого в сопло воздуха Pq.

На рис. 2 представлены зависимости а = /(//5) при аг = const для двух значений pQ Jpa (а — угол направления струи, ра — атмосферное давление). Угол а определялся с помощью тензовесов из соотношения

а = м&ё—, где X и У — измеряемые тензовесами силы, направленные Л

соответственно по оси сопла и перпендикулярно к ней. За характерный размер при вычислении числа Ие бралась высота сопла 5. Видно, что степень проявления эффекта Коанда увеличивается с уменьшением угла выдува аг и ростом удлинения выходного сечения сопла 1/8. При аг =20, 30 и 40е при достижении определенных значений 1/8 струя прилипает к поверхности (а = 0). При аг = 50° струя при увеличении

Рис. 3. Результаты визуализации обтекания пластины с помощью сажемасляного покрытия

//8 отклоняется в сторону пластины, но не прилипает к ней. При аг = 70° струя не отклоняется для всего исследованного диапазона изменения 1/5.

На рис. 3 представлены результаты визуализации обтекания пластины с помощью сажемасляного покрытия для аг = 40°, 1/5 = 34 и Ро/ра = 1,4 (для случая, когда выдуваемая струя прилипает к поверхности, см. рис. 2). На рис. 3, а представлена фотография растекания сажемасляного покрытия на пластине, а на рис. 3, б — полученная на основании рис. 3, а примерная реконструкция характера течения вблизи поверхности пластины. Видно, что до прилипания струи к поверхности имеет место сложное пространственное течение, вызываемое эжектирующими свойствами выдуваемой струи.

На рис. 4 представлены результаты экспериментов, при которых у сопла устанавливались небольшие клинья, уменьшающие угол выдува струи по отношению к поверхности клиньев. По оси абсцисс отложен угол клина (ага=0 соответствует случаю выдува без дополнительного клина). В одном эксперименте (//5 = 1,7 и весьма

^г-^Ов;р01ра=1,Ч

Рис. 4. Результаты экспериментов

небольшой клин с Л/8 = 1,7, где Л — длина клина) увеличение угла клина приводит лишь к некоторому уменьшению угла а. В другом эксперименте //8 = 34 и Л/8 = 3,5 видно очень сильное влияние клина. Так, при (Хкд й (20 4- 30°) струя резко отклоняется в сторону пластины и практически прилипает к ней. При = 40° угол отклонения струи резко возрастает и ее направление практически совпадает с направлением клина.

Таким образом, в результате проведенных экспериментов получены систематические данные по связи эффекта Коанда с параметрами со-

пла и углами выдува струи, а также показана принципиальная возможность активного управления этим эффектом.

ЛИТЕРАТУРА

1.Newman В. Е. The deflexion of plane jets by boundary layer Coande effect. Boundary layer and flow control/Ed. by Lachmen G. V. // Pergamono Press.—1961. Vol. I.

2. P a r k s E. K. and Peterson R. E. Analysis of a Coande type flow // AJAA J.—1968. Vol. 6, N 1.

3. Bourque G. and Newman В. E. Reatachment of a twodimensional incompressible jet to an adjacent flat plate // The Aeronautical Quarterly.—1960. Vol. XI.

Рукопись поступила 15/VII1993 г.