Вопрос 7 Переменный режим работы решеток с расширяющимися каналами.

Сопла с расширяющимися каналами (сопла Лаваля) позволяют получать сверхзвуковые скорости потока в выходных сечениях. Для этих сопл характерным является так называемый расчетный режим работы, при котором давление вдоль потока непрерывно уменьшается, а скорость потока непрерывно увеличивается, достигая на выходе расчетного значения, определяемого отношением площади минимального сечения Fмин к площади выходного сечения канала F1. Этому отношению площадей Fмин/F1 соответствует отношение расчетного давления за соплом к давлению полного торможения перед соплом р1р/р0 (рис. 5, а). В расчетном режиме течения скорость в минимальном сечении критическая (если пренебречь трением на стенках канала) скр, в выходном сечении скорость является функцией отношения площадей с1t/cкр=f(Fмин/F1) (в предположении изоэнтропийного течения). Когда р1 <р1p, за пределами соплового канала в волнах разрежения поток отклоняется вверх и вниз от оси сопла. Эту группу режимов (0 < p1 < p1р), в которых давление за соплом изменяется от значения р1р в устье сопла до p1 в волнах разрежения, назовем группой режимов I

Если р1 > р1р, то в группе режимов II (р1p < р1 < р1') в выходном сечении давление останется равным расчетному, а от точек А и В в устье сопла в поток будут распространяться косые скачки уплотнения (рис. 5,б), в которых давление будет повышаться от р1p до р1. Внутри сопла распределение давлений, как и в группе режимов I, останется расчетным; расход также не изменится. При повышении давления за соплом выше р1' скачок уплотнения возникнет внутри расширяющейся части сопла (рис. 5, б), до скачка уплотнения вдоль оси сопла распределение давлений не изменится (0К1; 0К2 и 0К3 на рис. 5, а); при переходе через скачок (например, в сечении С) давление в потоке резко увеличивается от рК2 до pL2, скорости за скачком становятся дозвуковыми, а давление вдоль оси сопла за скачком вследствие уменьшения скорости нарастает (рис. 5, а), например по линии L2E2. В группе режимов III (р1' <р1 <р1пp) по мере повышения давления р1 скачки уплотнения перемещаются от выходного сечения к горлу сопла. При давлении р1 = р1пp скачок, переместившись в горло, вырождается; в минимальном сечении скорость потока остается еще критической, в расширяющейся части сопла скорости дозвуковые, уменьшающиеся к выходному сечению.При давлении р1 > р1пр во всех сечениях сопла скорости дозвуковые, сопло работает как труба Вентури. В группе режимов IV (р1np <р1 <р0) изменение давления за соплом вызывает изменение распределения давлений вдоль всего сопла. В этой группе режимов расход через сопло уменьшается при увеличении давления р1 в то время как в режимах I— III расход через сопло остается постоянным (критическим), так как в минимальном сечении параметры потока и скорость его остаются критическими.Закон изменения расхода в группе режимов IV при изменении противодавления в пределах 1 > р1/р0 >р1пр/р0=εа с достаточной степенью приближения описывается уравнением эллипса, и поэтому для расширяющихся сопл можно построить сетку расходов (рис. 6), аналогичную сетке расходов суживающихся сопл.

Рис. 6. Сетка расходов для решетки с расширяющимися каналами
Для расширяющихся сопл используют те же безразмерные параметры q ₀ =G/G _0кр, ε ₁ =р ₁ /p ₀, ε ₀ =р _0п /p ₀, которые связаны между собой уравнением эллипсов в режимах с докритическими расходами (ε ₁ >ε ₀ ε_а): Очевидно, что εа для расширяющихся решеток больше критического отношения давлений εкр и зависит от отношения площадей Fмин/F1:

Для режимов с критическими расходами через расширяющуюся решетку (I—III) ε1 < ε0 εa и по аналогии с суживающимися решетками уравнение (13) заменяется уравнением прямых

q0 =ε0.

Cледует помнить, что сетка расходов расширяющихся сопл, показанная, например на рис. 6, может быть использована только для сопл с отношением площадей Fмин/F1= 0,829, для сопл с другими отношениями площадей должны быть построены соответствующие сетки расходов, так как каждому Fмин/F1 соответствует свое отношение εа.

Дата добавления: 2015-08-20