CC BY
51
То м XVI
УЧЕНЫЕ ЗАПИСКИ Ц А Г И
19 85
№ 3
УДК 532.525.6
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭФФЕКТА КОАИДА ДЛЯ УМЕНЬШЕНИЯ ВОЗДЕЙСТВИЯ СТРУИ НА ПРЕГРАДУ
Исследована возможность использования эффекта Коанда * для уменьшения воздействия струи на преграду при различном расположении сопла на цилиндре. Для ряда значений давления в форкамере сопла р» получены углы поворота струн (3,,,•]>, величина подъемной силы У и распределение давления но преграде р.,. Показано, что, используя эффект Коанда, можно уменьшить давление на преграду с меньшими потерями подъемной силы. • ■ ' :.
Самым простым способом уменьшения воздействия струи на преграду является удаление сопла от преграды — увеличение расстояния к (рис. 1,а). Если при допустимом /г давление на преграде все же выше требуемого, то его уменьшения можно достичь наклоном сопла и струн (рис. 1,6). Однако при этом уменьшается вертикальная составляющая тяги сопла.
В настоящей работе исследована возможность ..использования, эффекта Коанда для уменьшения воздействия струи на преграду: при. различном, положении сопла на цилиндре (рис. 1,е), Между цилиндром и преградой. была установлена вертикальная
пластина, имитирующая плоскость .симметрии с целью- моделирования симметричного обтекания цилиндра двумя струями, истекающими из двух симметрично расположенных сопел. Струя истекала из плоского сужающегося сопла по касательной.к поверхности цилиндра. Отношение длины сопла I к его ширине 6 было, около 20. Двумер-ность течения обеспечивалась плоскими шайбами, между которыми были расположены цилиндр и сопло, и значительным удлинением сопла. Ширина сопла составляла 0,24 и 0,32 радиуса цилиндра Я.
Измеренные распределения полного и статического давлений в струях указанных начальных толщин 6 /Я свидетельствовали о возможности обтекания значительных участков цилиндрической поверхности в присутствии преграды до достаточно высоких
* Newman B. G. The deflection of plain jets by adjacent boundaries Coanda effect. — B,.c6. „Boundary layer and flow control,", Pergamon Press, 1961, vol. 1.
И. H. Соколова
6) Рис, 1
значений . давления в>форкамере сойла. ВЛ.таблице приведены предельные углы ново-розй. "-Струи:'"в зависимости ;:от "относительного давления в форкамере сопла рь)ра '-(ра — атиосфернО'е давление) для "струй указанных начальных толщин,'причем для струи толщиной б//? = 0,24 и при наличии зазора Л между соплом и цилиндром.
ЩН ==0,24 о/Л = 0,32, Д=0
.Т j'-'A/»'" Уро ¡Ра , Йотр \i Pol Ра о Нотр
180° 0 2,3 90° 180° 1,4 90°
0,166. 1.8 -85° I-.6 70°
0,25 1,2 60° 1,7 45°
135° 0 : 2,2 85' 1,8 30°
0,25 1,2 15° 135° 1.2 60"
90° 0 1,8 15й 1,6 45°
90' 1,3 15°
Были проведены весовые измерения вертикальной (подъемной) силы, действующей на сопло и цилиндр (рис. 2), и измерения распределения давления по преграде. Измеренные значения подъемной силы были отнесены к силе тяги изолированного сопла Ra.
Рассмотрим влияние-эффекта Коанда на подъемную силу. При установке сопла в крайнем верхнем положении (у=180°) на верхней части цилиндра (примерно до Р = 90°) вследствие эффекта Коанда создается разрежение, благодаря которому появляется подъемная сила, хотя сама тяга сопла при этом угле установки не дает вклада в подъемную силу. По мере уменьшения угла установки сопла у уменьшается часть поверхности, на которой образуется разрежение, .следовательно, уменьшается и подъемная сила, возникающая благодаря эффекту Коанда, но увеличиваются пропорционально cos (у — 90°) вклад тяги в подъемную силу и подпор на нижней поверхности ци-
Y = 30", ti/D-l, 'tt, сбеШнйя струи
линдра. Таким образом, в рассматриваемой схеме эффект Коанда, благодаря .создаваемому им разрежению,,на верхней. поверхности и подпору на его нижней поверхности, позволяет получить большую подъемную силу по сравнению со свободной струей, нсгскаюшсй под тем же углом у. ;; ,
Сравнение распределений давления по преграде при натекании на нее струи Коаида и свободной струи показало, что струя Коанда размывается значительно сильнее, чем свободная струя, истекающая под тем же углом.
На рис. 3 показано распределение давления по преграде при у=90° и к/О— 1,75. Измеренные значения давления отнесены к атмосферному давлению. На рис. 4 при-
Рис. 4
Рис. 5
ведено распределение давления по преграде при повороте сопла на угол у—135° при том же расстоянии сопла от преграды. Сравнение с рис. 3 показывает, что поворот сопла приводит к существенному снижению давления на преграду.
На рис. 5 рп'тедено распределение давления по преграде в присутствии цилиндра и эффекта Коанда при у = 135°. Видно, что при наличии эффекта Коанда давле-нА на преграду значительно меньше и менее сосредоточенно, чем для свободной наклоненной под тем же углом струи, не говоря уже о прямой струе, вытекающей из сопла, расположенного на тон же высоте А/£>=1,75 (см. рис. 3). Особенно большой выигрыш получен по сравнению со свободной струей, вытекающей снизу цилиндра при h=D (рис. В). При этом имеется выигрыш и в подъемной силе (см. рис. 2) по сравнению со свободной наклонной струей, для которой y/Rc = 0,71. При угле установки сопла у=180° воздействие на землю струи имеет тот же характер (рис. 6), что и при •у =135°, при еще большей подъемной силе (см, рис. 2).
Таким образом, использование эффекта Коанда приводит к существенному снижению воздействия струн на землю как благодаря удлинению ее пути до земли, так и за счет ее размывания, обусловленного эффектом Коанда.
Рз 2,1 \
1,0
19
и
П
1,В
1,5
I'*
1,3
и
V ¡.о
0,9
струя Кввида, у135°;к/П=1,75 к свободная струя,
с сбобоИнпя струя; у -90°; Н ¡В 75 Модная струй;
л струя Коаик
0,5
10
1,5
г,о 1/п
Рис. 6
В проведенном эксперименте вертикальная пластина имитировала плоскость симметрии течения, однако в реальном течении с двумя симметрично расположенными соплами без перегородки возможно несимметричное и пульсирующее обтекание цилиндра. Вопрос о возможности реализации таких режимов предполагается исследовать в дальнейшем.
Рукопись поступила 15/ VI11 1983 г.
