Исследование возможности интенсификации размываемости спутных струй Текст научной статьи по специальности «Физика»

УЧЕНЫЕ ЗАПИСКИ ЦАГИ Том XXXI 2000

Лв3—4

УДК 532.525.2

ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ИНТЕНСИФИКАЦИИ РАЗМЫВАЕМОСТИ СПУТНЫХ СТРУЙ

В. А. Власов

Экспериментально доказывается возможность ускорения размываемости спутных струй с помощью продольных вихрей, генерируемых во внешнем потоке вихрегенераторами, расположенными вблизи сопла.

Известны различные методы ускорения размываемости затопленных и спутных струй. Например, изменение начальной неравномерности или начальной турбулентности струи; использование сопл с различного рода перфорированными насадками, деформирующими поперечное сечение струи; установка на соплах вихрегенераторов, отклоненных в струю и образующих в струе вихревые структуры (например, [1], [2]). В последнее время предложен способ ускорения размываемости струй, не связанный с непосредственным воздействием на струю геометрией сопла [3]. Была теоретически исследована возможность ускорения размываемости спутных струй с помощью продольных вихрей от пластин-вихрегенераторов, которые располагаются вблизи сопла и которые отклоняются не в струю, как в одном из вышеупомянутых методов, а в спутный поток так, как это показано на рис.1, а для случая использования двух вихрегенераторов. Было показано, что образующиеся на вихрегенераторах и распространяющиеся вблизи струи продольные вихри деформируют струю, увеличивая отношение периметра поперечного сечения к его площади. Этот факт, а также наличие циркуляционных течений вблизи границ струи должны способствовать ускорению ее размываемости.

Привлекательность предложенного метода заключается в том, что вихрегенераторы непосредственно не погружаются в струю (и, следовательно, потерь импульса струи не будет, будут только расти потери эффективной тяги из-за внешнего сопротивления вихрегенераторов), а также в том, что интенсификация процесса размываемости с ростом коэффициента спутности струи (отношение скорости внешнего потока к скорости

Рис. 1

струи) увеличивается из-за увеличения интенсивности сходящих с вихре-генераторов продольных вихрей.

Так как задача была решена для невязкой несжимаемой жидкости (методом дискретных вихрей), то реализуемость механизма перемешивания нуждается в экспериментальной проверке. Такой проверке и посвящена настоящая работа.

Для доказательства правомерности предложенного метода был проведен эксперимент в аэродинамической трубе (рис. 2). Определялись поля скоростей в поперечном сечении спутной струи на различных расстояниях х от среза сопла при двух и четырех вихрегенераторах. Скорости в аэродинамической трубе и на выходе из сопла были равны соответственно 50 м/с

Рис. 2

Рис. З

и 100 м/с. Число Рейнольдса, подсчитанное по диаметру выходного сечения сопла, было равно 6-Ю5. Вихрегенераторы имели форму треугольных пластин, основные геометрические параметры которых показаны на рис. 1, б (основание пластины расположено у кромки сопла).

Примеры полученных результатов для сечения х/г = 11,2 (г — радиус сопла) представлены на рис. 3, а и 3, б для двух и четырех вихрегенерато-ров соответственно. Сплошными линиями на рис. 3 нанесены линии рав-

площадь поперечного сечения струи, для которой V £ 0,75 / ч -

//“Л /

Рс - площадь сопла уУ&к\\*'

V) ■ 100 м/с; к = 50 м/с

. \\I *

_ К-К '

к=т^=0’75 '-/•

Рис. 4

ных относительных избыточных скоростей в поперечном сечении струи V =(У-У,зо)/(Р)-Ра))’ где К, Кда и Уу —соответственно скорость струи,

скорость потока аэродинамической трубы и скорость струи на выходе из сопла. Результаты расчетов для струй невязкой несжимаемой жидкости для исследованных форм вихрегенераторов показдны на рис. 3 штриховыми линиями.

На рис. 4 показано, как изменяется при удалении от сопла отношение площади Г поперечного сечения струи, для случая V <0,75, к площади среза сопла . Более интенсивное уменьшение /г//гс при удалении от сопла для струй с вихрегенераторами означает ускорение размываемости струи.

Таким образом, проведенный эксперимент можно рассматривать как доказательство правомерности использованного метода расчета и полученных результатов.

В заключение можно отметить, что результаты работы следует оценивать как принципиальное доказательство возможности воздействия на раз-мываемость спутных струй с помощью продольных вихрей, создаваемых во внешнем потоке вблизи струи. Результаты работы указывают также на целесообразность дальнейших исследований предложенного способа, который позволяет ускорять размываемость струи без уменьшения ее им-

пульса при некотором увеличении внешнего сопротивления (так как вих-регенераторы находятся во внешнем потоке).

ЛИТЕРАТУРА

1. Жулев Ю. Г., Наливайко А. Г., Неймарк Р. В., Никитин В. Е. Интенсификация размываемости затопленных осесимметричных струй//Труды ЦАГИ. — 1985. Вып. 2276.

2. Наливайко А. Г. Способ воздействия на форму и размываемость затопленной струи, истекающей из осесимметричного сопла//Препринт ЦАГИ, № 28. — 1991.

3. Жулев Ю. Г., МаллабаевН. Т., Наливайко А. Г. Исследование возможности интенсификации размываемости спутных струй//Известия РАН, МЖГ,— 1998, № 5.

Рукопись поступила 29/УІ1999 г.