Турбулентное нестационарное течение газа в коническом сопле. Скорость обновления турбулентности Текст научной статьи по специальности «Физика»

УДК 532 С. В. Юшко

ТУРБУЛЕНТНОЕ НЕСТАЦИОНАРНОЕ ТЕЧЕНИЕ ГАЗА В КОНИЧЕСКОМ СОПЛЕ. СКОРОСТЬ ОБНОВЛЕНИЯ ТУРБУЛЕНТНОСТИ

Ключевые слова: коническое сопло, турбулентное нестационарное течение, обновление турбулентности.

Приведены результаты экспериментальных исследований кинематической структуры газового дозвукового нестационарного потока в коническом сопле. Обнаружено явление обновления турбулентности.

Keywords: Conen ozzle, unsteady turbulentgas flow, renovation of turbulence.

The results of experiments kinematic structure of unsteady turbulent gas flow in the cone nozzle have been obtained. Found the process of turbulencerenovation.

В работах [1,2,3] был приведен анализ влияния наложенных периодических колебаний расхода на интегральные характеристики турбулентного пограничного слоя в коническом сопле. Измерения скорости потока проводились термоанемометром постоянной температуры с использованием газодинамического стенда разомкнутого типа, описание которого приведено в работе [4].

По результатам выполненных измерений в соответствии с методикой, изложенной в работе [5], для каждого из исследованных сечений конического сопла, были построены зависимости безразмерной скорости обновления турбулентности, рис.1.

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

Рис. 1 - Безразмерная скорость турбулентности в коническом сопле

обновления

Методика определения данной характеристики приведена в работе [5] как отношение расстояния от стенки канала до точки измерения пульсационной составляющей скорости потока к временному сдвигу, возникающему между колебанием осредненной скорости потока на оси канала к аналогичной фазе колебания пульсационной составляющей скорости в точке измерения. В пределах разброса экспериментальных данных, зависимость скорости обновления турбулентности для трех сечений конического сопла во всем диапазоне исследованных чисел Рейнольдса, частот и амплитуд наложенных колебаний расхода и с доверительной вероятностью 0,95 соответствует степенной зависимости (аппроксимация):

Wrn / W т0 =(У / R )0

(1)

где

w„

w

m0

скорости обновления

турбулентности в текущей точке сечения и на оси канала соответственно. При обработке информации было замечено, что время, за которое происходило обновление турбулентности по всему сечению канала, одинаково для трех сечений конического сопла и составляло 0.0526 с. Если учесть, что диаметры поперечных сечений конического сопла различны, то наибольшую скорость обновления турбулентности на оси канала следует ожидать в первом сечении сопла, диаметр которого наибольший. Данное заключение было подтверждено экспериментально.

Приняв за константу время обновления турбулентности, для каждого из исследованных сечений конического сопла были в соответствии с методикой, изложенной в [1], найдены зависимости относительных интегральных характеристик

_ * _ ** н турбулентного пограничного слоя , д , —- ,

Sn ôn

Hп

от

параметра

гидродинамическои

f Cf0

нестационарности Z [1] и произведен по ним обратный пересчет указанных интегральных величин.

Анализ отклонений расчета от экспериментальных данных указал на их удовлетворительное взаимное согласование. Это позволяет использовать зависимость (1) для корректировки интегральных характеристик пограничного слоя, полученных в квазистационарном приближении для инженерных расчетов.

Литература

1. Юшко С.В. «Турбулентное нестационарное течение газа в коническом сопле, результаты исследований», Вестник технологического университета, 2015, т. 18, №19. С.109.

2. Юшко С.В. «Характеристика турбулентности стационарного турбулентного течение газа в коническом сопле», Вестник технологического университета, 2015, т.18, №19. С.120.

и

3. Юшко С.В. «Турбулентное стационарное течение газа в коническом сопле, результаты исследований», Вестник технологического университета, 2015, т. 18, №19. С.131.

4. Юшко С.В. «Газодинамический стенд для изучения кинематической структуры воздушных потоков, осложненных продольным отрицательным градиентом давления и гидродинамической нестационарностью»,

Вестник Казанского технологического университета, 2014, т.17, №23. С.123.

5. Юшко С.В. «Скорость обновления турбулентности газового потока в условиях гидродинамической нестационарности. Методика определения», Вестник Казанского технологического университета, 2014, т.17, №23. С. 107.

© С. В. Юшко - д-р техн. наук, зав. каф. инженерной компьютерной графики и автоматизированного проектирования КНИТУ, s.v.yushko@gmail.com.

© S. V. Jushko - Dr. Sci. (Tech.), Head of the Department of the Engineering Computer Grafics and Automated Design, Kazan National Research Technological University, s.v.yushko@gmail.com.