ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.04.2024
Просмотров: 287
Скачиваний: 10
б) Притяжение струи к цилиндрической стенке. Стенка мо
жет иметь различную форму — от кругового цилиндра до аэро динамического профиля (рис. 54, г). Явление притяжения струи
к цилиндрической стенке было использовано для создания аэро динамического генератора колебаний [18] и в аналоговых усили телях мощности [47].
в) Отклонение струи пластиной (рис. 54, |
д), врезающейся |
в струю. На этом явлении основаны различные индикаторы по |
|
ложения [35]. По мере входа пластины в струю |
передняя кромка |
пластины отклоняет струю в сторону. Причем, если пластина достаточно широкая, струя может быть притянута к ее торцовой поверхности (рис. 54, е). При некоторой, достаточно большой,
величине деформации струи пластиной происходит отрыв струн от торцовой поверхности.
Характер упомянутых явлений определяется также формой камеры, в которой распространяется струя. Следует различать два случая:
1)плоский случай. Струя распространяется в камере, огра ниченной торцовыми стенками, причем высота камеры равна высоте сопла;
2)пространственный случай. Торцовые стенки камеры отсут ствуют или высота камеры превышает высоту сопла.
Наиболее широко в струйных элементах используется взаи
модействие струи с боковой плоской стенкой (плоский случай), несколько реже — взаимодействие струи с цилиндрической стен кой (как пространственный, так и плоский случаи).
Сущность притяжения струи к плоской стенке. Рассмотрим
плоскую камеру постоянной высоты, ограниченную одной или двумя плоскими боковыми стенками, перпендикулярными торцо вым стенкам; положим высоту сопла, равной высоте камеры.
Известно, что ламинарная или турбулентная струя вязкой жидкости, вытекающая из сопла (трубки), эжектирует из окру жающего пространства жидкость. Это приводит к возникнове нию в пространстве, окружающем струю, компенсирующего те чения в направлении к внешним границам струи.
Если струя является свободной (рис. 55, а), то давление во
всей области течения остается постоянным, и струя не изменяет направления течения. Если же вблизи струи (рис. 55, б) распо
лагается твердая стенка, то условия подхода индуцированного потока в область, ограниченную стенкой и струей, будут стеснен ными. Благодаря этому давление в указанной области умень шается по сравнению с давлением окружающей среды. В ре зультате на струю начинает действовать поперечный перепад, искривляющий ее в сторону меньшего давления, т. е. в сторону стенки, а при двух стенках — к более близкой стенке.
Это искривление, в свою очередь, приводит к уменьшению проходного сечения для индуцированного потока и, следователь но, к дальнейшему увеличению поперечного перепада и увели-
143
Рис. 55. Притяокение струи кплоскойстенке:
а — |
свободная струя; |
б |
— |
|
струя |
вблизи стенки; в |
— |
при |
|
м ы кание струн |
к стенке; |
г — |
||
влияние |
противоположной |
|||
стенки |
|
|
|
|
чению искривления струп. Процесс отклонения струп нарастает
лавинообразно до |
тех пор, пока ее |
нижний |
край |
не коснется |
стенки (рис. 55, в). В этот момент |
прекращается |
поступление |
||
компенсирующего |
потока из окружающей |
среды |
и образуется |
|
замкнутая циркуляционная область между границей струи по стоянной массы и стенкой.
Так как струя продолжает эжектировать жидкость из этой области, то ось струн продолжает искривляться. При этом об
разуется возвратный |
(компенсирующий) |
поток, |
представляю |
|||
щий |
собой часть |
расхода струи, |
направляющуюся обратно |
|||
в замкнутую область |
(рис. 55, в, г). |
Искривление оси струп про |
||||
должается до тех пор, пока расход |
возвратного |
потока |
Q0 6 не |
|||
станет равным расходу, эжектируемому струей Q0. Таким обра |
||||||
зом, |
устойчивое искривление оси |
струп |
достигается, |
когда |
||
Q o 6 — Q a -
Эжектированные массы жидкости отделяются от струн по стоянной массы (транзитной струи) границей раздела, являю щейся линией тока. Эту линию тока назовем разделяющей. Если в циркуляционную зону через канал управления поступает рас ход Qy, то часть эжектированного расхода восполняется расхо дом Qy [76]. При этом точка примыкания струи к стенке смеща ется вниз по течению. Уравнение баланса расходов в этом случае имеет вид
Q s — Q об + Q y |
(225) |
Разделяющей линией тока в этом случае является уже не гра ница струи постоянной массы, а линия тока, разделяющая струю таким образом, что расход части струи, заключенной между ней и границей струи, равен Q0g, определяемому уравнением
(225).
Для изменения направления течения струи необходимо отор вать ее от стенки. Отрыв струи можно осуществить следующими тремя способами:
І44
1) подачей через канал управления расхода Qy. Когда ве личина расхода управления Qy достигает предельной величины, называемой расходом срабатывания Qcp, струя отрывается от стенки. В случае, например, элемента с двумя стенками она притянется к противоположной стенке;
2 ) принудительным увеличением разряжения между струей и
противоположной стенкой. Такое увеличение достигается, в част ности, перекрытием канала управления со стороны противопо ложной стенки;
3) введением препятствия на пути струн. Таким препятстви ем может быть выступ на стенке или приемная часть струйного элемента.
Во всех типах струйных элементов для переключения струн используется преимущественно первый способ. Два других спо соба находят применение при создании различных датчиков.
Для рабочего процесса элементов, использующих притяже ние струи к твердой стенке, являются характерными следующие основные стадии:
1.Отклонение струи от первоначального направления, сов падающего с направлением оси сопла, и притяжение к стенке.
2.Устойчивое течение струй вдоль стенки в притянутом со стоянии.
3.Отрыв струп от стенки под влиянием управляющего воз действия.
При изучении указанных стадий первоочередной интерес
представляют условия, при которых струя притягивается к стен ке, величина давления рц в циркуляционной зоне, а также ее длина Іц н, наконец, давление рср и расход Q cp управления, со
ответствующие отрыву струн от стенки.
Качество струйных элементов, использующих притяжение струн к стенке, определяется отрывом струи. Поэтому в даль нейшем при рассмотрении характерных стадий в рабочем про цессе струйного элемента основное внимание уделяется третьей стадии, т. е. отрыву потока от стенки. Будут рассмотрены также притяжение струи к стенке и устойчивость среднего положения
струп.
Притяжение струи к стенке. Экспериментальные исследова ния [51, 77, 79] показывают, что притяжение струи к стенке воз можно только при достаточно больших значениях числа Рей нольдса. При малых же Re струя устойчиво сохраняет среднее положение [78], т. е. ее ось является прямолинейной. Когда чис ло Рейнольдса увеличивается и достигает некоторой предельной величины (Renp) B, струя самопроизвольно притягивается к стен ке и сохраняет это положение при дальнейшем увеличении Re. Если затем уменьшать число Рейнольдса, то отрыв струи от стенки происходит при значениях числа Re = (Renp)n, меньших (Renp)n- Это наглядно иллюстрируется фотографиями картины
10 Зак. 935 |
145 |
Рис. 56.Картина течений приразличных числахRe
f |
— |
возрастание |
|
расхода; |
|||
а |
— |
уменьшение |
о |
расхода; |
|||
Re |
= |
1450; |
— lie = |
||||
= |
1900; в — Re = |
3120; |
а — |
||||
Re = |
42*10; |
д — |
Re = |
3120; |
|||
е — |
Re |
= |
2320; |
ж |
— Re = |
||
= |
1900; з — Re = |
1450 |
|
||||
течения, сделанными при различных значениях |
Re (рис. 56). |
||||||
Таким образом, зависимость положения струи от числа Re имеет гистерезис.
Дополнительные исследования показывают, что при дальней шем уменьшении числа Рейнольдса, когда струя уже является ламинарной, она вновь притягивается к стенке. Последнее свя
зано с тем, что эжекционная способность |
ламинарной |
струи, |
|||
в отличие от турбулентной, |
увеличивается по мере уменьшения |
||||
числа Рейнольдса. Поэтому существует такое |
число |
(Репр)лам |
|||
для ламинарной струи, что при Re < (Renp)aaM струя |
притянута |
||||
к стенке. |
|
|
|
|
|
Таким образом, в зависимости от величины числа Рейнольд |
|||||
са, возможны следующие типы течения струй, |
распространяю |
||||
щихся между двумя наклонными боковыми стенками: |
|
|
|||
а) однопозиционный при |
(Renp) ла.м < |
Re < |
(Renp)„ — |
струя |
|
не притягивается ни к одной из стенок, устойчиво только среднее
положение струи; |
|
|
|
|
|
б) двухпознционный |
при |
Re > |
(R e ^ n — струя притянута |
||
к одной из стенок, среднее положение неустойчиво; |
|
||||
в) трехпозиционный |
при |
(Renp) M< R e < |
(Renp)„ — |
струя |
|
может оставаться как |
в притянутом |
к одной |
из стенок |
поло |
|
жении, так и в среднем |
положении, все три |
состояния |
устой |
||
чивы. . |
|
|
|
|
|
146
Аналогичные три типа тече ния возможны и при распрост ранении струн вблизи одной стенки.
В струйных элементах ис пользуется только двухпозици онный тип течения. Поэтому важно рассмотреть условия, при которых среднее положе ние струи становится неустой чивым.
Условия притяжения струи к одной стенке. Примем допу щения (рис. 57): а) давление рц в области между струей и стенкой постоянно; б) распре деление скоростей компен сирующего течения в сечении AB равномерное.
Запишем уравнение импуль сов для контрольного объема, включающего половину струи и область между струей и стен кой :
Л — / 2cos 0—7Kcos0 = (CD + 4 - DA sin a)(pa—Рц),
Рис.57.К расчетуустойчивостисред негополозкенияструи
где / 1 — импульс струи в сечении CD\ |
/ 2 — импульс |
струи в |
|
сечении АВ\ / к — импульс компенсирующего |
течения |
в сече |
|
нии AB. |
|
|
|
Будем рассматривать только малые отклонения оси струи от |
|||
среднего положения. При этом можно |
считать, что параметры |
||
струп подчиняются тем же закономерностям, |
что и параметры |
||
свободной струн, а импульс І\, как и в свободной струе, постоя
нен во всех сечениях струи; тогда
Таким образом, поперечный перепад, действующий на струю, определяется выражением
Р а — Р ц = А р |
I— |
( / к — /) cos 0 |
(226) |
|
CD+ AD sin а |
||||
|
||||
Определим импульс |
Расход |
компенсирующего течения, |
||
проходящего через сечение AB, равен разности расхода Qa,
эжектированного струей по одному краю на пути от среза сопла до сечения AB, и расхода управления Qy:
Qк = <Ээ— Qy-
Ю* |
147 |