Характеристика турбулентности стационарного турбулентного течения газа в коническм сопле Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 532 С. В. Юшко

ХАРАКТЕРИСТИКА ТУРБУЛЕНТНОСТИ СТАЦИОНАРНОГО ТУРБУЛЕНТНОГО ТЕЧЕНИЯ ГАЗА В КОНИЧЕСКМ СОПЛЕ

Ключевые слова: коническое сопло, турбулентное течение, кинематическая структура потока.

Приведены результаты исследований кинематической структуры турбулентного газового дозвукового потока в коническом сопле, выполненных на газодинамическом стенде разомкнутого типа. Измерения выполнены термоанемометром постоянной температуры. Результаты представлены в виде зависимостей интеграла профиля пульсационной составляющей скорости потока /№'2) от Кв** и параметра ускорения Л

Keywords: cone nozzle, turbulent gas flow, kinematic structure pressure gradient.

The kinematic structure of steady turbulent gas flow in cone nozzle was researched. Integral of pulse component of velocity gas flow lw'2\ connection with the parameter of the pressure gradient A have been obtained.

На рис.1 представлены профили степени турбулентности _ Ж) для трех сечении

="М"

конического сопла при одном и том же числе Кв=75000. На рисунке также нанесены данные Лауфера [1], полученные в круглой трубе [2] для Кв=30800 иКв=61600.

0.12

0.08

0.04

0.00

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

Рис. 1 - Профиль степени турбулентности в трех сечениях конического сопла

Можно отметить, что профили степени турбулентности, полученные во всех трех сечениях конического сопла, лежат ниже профилей, полученных Лауфером, что свидетельствует о подавлении турбулентных пульсаций скорости продольным, отрицательным градиентом давления. При этом следует отметить пологость профиля степени турбулентности в первом сечении сопла, в области близкой к стенке у/К<0.05 по сравнению с профилями, полученными во втором и третьем сечениях, а также в круглой трубе. Такое поведение степени турбулентности указывает на то, что в первом сечении сопла идет интенсивное вихреобразование, обусловленное естественной турбулентностью течения, а также реакцией потока на сужение канала. Увеличение абсолютной величины отрицательного, продольного градиента давления во втором и третьем сечениях сопла приводило к подавлению турбулентных пульсаций

скорости [3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11], сужению области интенсивного вихреобразования, снижению

степени турбулентности вне ее: у/К>0.05.

3.50

3.25

3.00

2.75

2.50

3000

3500

4000

4500

5000

5500

Рис. 2 - Интеграл профиля ^^ в первом сечении (вход) конического сопла

Количественную оценку данного влияния можно получить, анализируя поведение интеграла профиля в зависимости от числа Кв и Л при

одинаковых числах Кв . Так видно, рис.2, что увеличение числа Кв и абсолютной величины продольного, отрицательного градиента давления приводило к уменьшению интеграла £ Можно сделать вывод, что рост числа Кв и отрицательного, продольного градиента давления приводил к подавлению турбулентных пульсаций скорости потока в турбулентном пограничном слое, что отражалось на профиле ^^.

Аппроксимационные зависимости £ = / (яе**) для трех сечений сопла соответственно имели вид: £ = 4.00897 - 0.000253218-Яе** (1) £2 = 3.16664 - 0.000293648- Яе** (2)

£ = 3.12295 - 0.000392605-Re**

(3)

3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5

5

[ ± 5%

900t0-'

X

-140

-130

-120

-110

-100

Рис. 3 - Зависимость интеграла профиля ^^ от

параметра Я для йе"=5000

Литература

1. Laufer John, «The structure of turbulence in fully developed pipe flow», National Bureau of Standards, report 1174.

2. Юшко С.В. «Газодинамический стенд для изучения воздушных потоков в трубах», Вестник Казанского технологического университета, 2013, т.16, №21. стр.125.

3. Войтович Л.Н., «Влияние поджатия сопла на затухание турбулентных пульсаций», Изв. СО АН СССР, техн. науки, 1969, вып. 3, № 13, с. 24-27.

© С. В. Юшко - д-р техн. наук, проф., зав. каф. инженерной компьютерной графики и автоматизированного проектирования

КНИТУ, [email protected].

© S. V. Jushko - Dr. Sci. (Tech.), Head of the Department of the Engineering Computer Grafics and Automated Design, Kazan

National Research Technological University, [email protected].

4. Дейч М.Е., Лазарев Л.Я., «Исследование перехода турбулентного пограничного слоя в ламинарный», ИФЖ, 1964, т.7, № 4, с. 18-24.

5. Денисов И.Н., «Экспериментальное исследование сужающихся сопел», Авиационная техника, 1974, № 3.

6. Казаков А.В., Кунаев В.А., «О ламинаризации пограничного слоя на теплоизолированной пластине при подводе энергии в поток», Механика жидкости и газа, 1988, № 5, с.58-61.

7. Лаундер, «Ламинаризация турбулентного пограничного слоя при сильном ускорении течения», Прикладная механика, 1964, № 4, с. 151-153.

8. Ротта И.К., «Турбулентный пограничный слой», Ленинград: Судостроение, 1967.

9. Сергиенко А.А., Грецов В.К., «Переход турбулентного пограничного слоя в ламинарный», ДАН СССР, 1959, т. 125, № 4, с. 746-747.

10. Patel V.C.,Head M.R., «Reversion of turbulent to laminar flow», Journal Fluid Mech., vol. 23, 1965, pt.1., pp. 185208.

11. Ribner H.S., Tucker M., «Spectrum of turbulence in a contracting stream», NACA, Tech., Note 269, 1952.

12. Шустрова М.Л., Аминев И.М., Байтимиров А.Д. Средства численного моделирования гидродинамических параметров процессов, Вестник Казанского технологического университета. 2014. Т.17, №14, С. 221