Файл: Щербинин Э.В. Струйные течения вязкой жидкости в магнитном поле.pdf

б о л ь ш ий рост

н а б л ю д а е т с я , если поток

д в и ж е т с я

со

стороны

ши ­

рокой части трубы .

Л и н е й н а я зависимость

коэффициента

сопротивления

£

имеет

место

и в

случае

круглого

внезапного

р а с ш и р е н и я

(см.

рис.

8.28), однако увеличение сопротивления с ростом N здесь го­

раздо

слабее,

чем

в плоском

расширении . З н а ч е н и я

коэффици ­

ента k

здесь

следующие: д л я

положений

1а

и

16

6 = 0,2;

д л я I I I

6 = 0,26.

Отметим,

что р а с п о л о ж е н и е

магнита

до

места

с у ж е н и я

или после

места

расширения

не д а е т

з а м е т н ы х

различий

в ве­

личине

к.

§ 4 . Т Е Ч Е Н И Е

В П Р Я М О У Г О Л Ь Н О М Д И Ф Ф У З О Р Е

4.1. ЗАМЕЧАНИЯ О ТЕЧЕНИИ

В ОТСУТСТВИЕ МАГНИТНОГО ПОЛЯ

Н е

претендуя

на исчерпывающий

обзор

экспериментальных

работ

по

д и ф ф у з о р н ы м

течениям,

ограничимся

л и ш ь некото­

рыми

з а м е ч а н и я м и

о течении в отсутствие магнитного

поля .

В

реальных

д и ф ф у з о р а х

поток, жидкости

или

газа

м е ж д у

плоскими р а с х о д я щ и м и с я стенками ограничен

т а к ж е

второй

па­

рой стенок, которые, в частности, могут

быть

п а р а л л е л ь н ы

друг

другу.

К а к п о к а з ы в а е т

теоретический

а н а л и з

(глава

I I ) ,

эти

стенки

привносят

свои особенности

в

х а р а к т е р

р а с х о д я щ е г о с я

течения, а

именно:

профиль р а д и а л ь н о й скорости

у

стенки

немо ­

нотонный,

с точкой

перегиба;

имеется

в т о р а я

осевая

составляю ­

щ а я

скорости, а трение на стенке при больших Re

р а в н о

нулю.

Вследствие

этого

д и ф ф у з о р н о е

течение

д о л ж н о

отли­

точности

изготовления

самого

д и ф ф у з о р а . Так, если угол м е ж д у

одной из

п а р а л л е л ь н ы х стенок

и

осью в о о б р а ж а е м о г о

линейного

источника

будет >~?р

или если

на

вход поступают

достаточно

большие возмущения,

в д и ф ф у з о р е

м о ж е т р а з в и в а т ь с я

отрыв по­

тока от этой стенки

д а ж е при отсутствии отрыва от р а с х о д я

щ и х с я

стенок. В и з у а л ь н ы е

н а б л ю д е н и я течения в прямолинейном

диф ­

течения

в

поперечных сечениях д и ф ф у з о р а ; что ж е

касается

от­

рыва,

то

в

этой

ж е

работе

было найдено,

что при м а л ы х у г л а х

диффузорности

отрыв з а р о ж д а е т с я у п а р а л л е л ь н ы х

стенок.

З а ­

тем

с увеличением

угла

диффузорности

область

отрыва

рас -

с

углом

2а — 5°

(схема

приведена

на

рис. 8.29) п о к а з а л и , что на

начальном

участке

м о ж н о н а б л ю д а т ь

устойчивые

Л1-образные

структуры

при R e ~ 1 0 4

(Re вычисляется

по ширине

щели

и сред-

нерасходной

скорости

в щ е л и ) .

С

увеличением

расстояния

от

щели

профиль

либо

с г л а ж и в а е т с я

при

относительно

м а л ы х

Re,

либ о теряет устойчивость при больших Re. Последнее

сказыва ­

ется в появлении низкочастотных колебаний скорости,

р а з м а х

которых

п о к а з а н

з а ш т р и х о в а н н о й

областью

на

рис. 8.30. С рос­

том числа

Re сечение

потери

устойчивости

п р и б л и ж а е т с я

к ще ­

левом у участку,

а при больших

х

у с т а н а в л и в а е т с я

несимметрич­

ный по z

п р о ф и л ь скорости.

Н е с м о т р я на различие условий, т о л щ и н ы пограничных

слоев,

определенные опытным путем и теоретически,

достаточно

хо­

рошо

с о в п а д а ю т

по п о р я д к у величин. Действительно,

примем

за

т о л щ и н у

слоя

б

расстояние

от

стенки

д о точки,

где

ы = « т а х .

Суд я

по рис. 2.34, д л я достаточно

больших

Re

значение

Г|УРет

=

2 4г

= 2,4, т. е. 6 = z = - 4 =

примерно

соответствует

положени ю макси -

VReT

мума скорости. Ч т о б ы

иметь

в о з м о ж н о с т ь

сопоставить

опытные

и

расчетные

д а н н ы е ,

приведем

в

соответствие

теоретическое

ReT

и

экспериментальное

Re3 .

П о

определению,

R e T = - n ^ —

(см.

г л а в у I I )

(где а — р а з м е р

д и ф ф у з о р а

по г ) , т а к что м е ж д у

ними

Re

х =

имеется

соотношение

ReT

= - ? r - ^ . Тогда

д л я Re3

= 7,92-103

и

мм

(х

2 л

= г = 1 1 0

отсчитывается

от условной

вершины д и ф ф у з о р а )

б т = 7,42 мм согласно

вышеприведенной

формуле ,

в то время

к а к

бэ , определенная

по рис. 8.30, примерно

р а в н а 8

мм.

4.2. СКОРОСТНАЯ СТРУКТУРА В МАГНИТНОМ ПОЛЕ

М Г Д - т е ч е н и е

в д и ф ф у з о р е

изучалось

на

примере

трубы,

схема которой

приведена

на рис . 8.31. Стенки

д и ф ф у з о р а ,

изо­

л и р о в а н н ы е

от

ртути

тонким

слоем

ш е л л а к а ,

выполнялис ь

из

магнитного

м а т е р и а л а ,

что позволило

получить

в м е ж п о л ю с н о м

объеме

у б ы в а ю щ е е ,

к а к

,

поперечное

магнитное

поле

(см.

рис. 8.31),

очень

близкое

к р а с с м а т р и в а в ш е м у с я

в

проблеме

Га -

меля

(см. главу

I I ) . Угол

р а с к р ы т и я

д и ф ф у з о р а

составлял

4°30',

что

и с к л ю ч а л о

возможность

появления

отрыва

потока

от

рас­

х о д я щ и х с я

стенок

при

скорости

течения,

соответствующей

расходу

Q = 138

см3/с.

Р а з м е р д и ф ф у з о р а

по

направлени ю

z