ФИЗИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ СТРУЙ С ПРЕГРАДАМИ

1

• Авторы
• Файлы

Карпеченко А.Г. Келекеев Р.В. Статья в формате PDF 113 KB

В связи с широким применением газовых струй в различных отраслях экономики: в paкетно-космической технике, в машиностроении, в металлургии, в энергетике и других, проблемы исследования процессов формирования, распространения и взаимодействия струйных течений являются по-прежнему актуальными. Несмотря на разнообразие функциональных задач, выполняемых газоструйными установками, основные процессы вполне поддаются экспериментально-теоретическому обобщению. К их числу можно отнести, например, взаимодействие сверхзвуковых неизобарических струй с наклонными преградами.

Исследованию параметров газового потока, возникающего при воздействии струй на наклонные преграды, посвящено большое количество работ. На основании их анализа установлены следующие физические процессы, происходящие при взаимодействии струй с преградами. При натекании сверхзвуковой неизобарической струи на преграду в окрестности начальной точки их встречи зарождается пристеночная ударная волна, что сопровождается повышением статического давления на преграде. В связи с последующим растеканием потока, наблюдается уменьшение давления, и дальнейшее его изменение по преграде определяется ударно-волновой структурой течения. Образование пристеночной ударной волны происходит в результате наложения слабых волн сжатия, которые образуются в сверхзвуковой части потока за счет градиента давления, возникающего при воздействии струи на преграду. Расстояние от стенки до пристеночной ударной волны (отход волны от стенки) зависит, главным образом, от толщины пограничного слоя струи, а также от угла встречи оси струи с преградой. Пристеночная ударная волна, которая распространяется в сжатом слое струи, взаимодействует с её висячим скачком, что приводит к образованию ударно-волновой структуры течения.

При воздействии сверхзвуковой неизобарической струи на наклонную преграду всегда есть центр растекания и обратный поток, направленный вверх по преграде в сторону среза сопла. Следует отметить, что его интенсивность резко падает при уменьшении угла встречи оси струи с преградой.

Процесс распространения обратного потока происходит следующим образом: в начальной зоне взаимодействия сверхзвуковой неизобарической струи с плоской наклонной преградой формируется поток, распространение которого в зоне интенсивного растекания происходит от центра растекания, которым является точка с максимальным статическим давлением в области градиентного течения. С увеличением расстояния от центра растекания скоростной напор обратного потока уменьшается и на определенной линии вследствие большой эжекционной способности струи, которая индуцирует над преградой течение, происходит его отрыв. За линией отрыва обратный поток отходит от стенки и под действием положительного градиента давления разделяется на две вихревые зоны, которые хаpaктеризуются прострaнcтвенной картиной течения.

В пристеночной вихревой зоне линии тока на преграде направлены к области взаимодействия струи с преградой. В отсоединенной вихревой зоне часть потока может достигать обратной относительно преграды стороны paкеты. Следует отметить, что в обеих вихревых зонах происходит интенсивное смешение обратного потока с окружающим воздухом.

Представленная физическая картина была установлена при исследовании аэрогазодинамических процессов, происходящих при старте paкет. Вместе с тем, она является основой для разработки математических моделей следующих перспективных направлений развития техники и технологий. Например, в материаловедении взаимодействие струй с преградами может применяться для получения поверхностных покрытий с заданными свойствами посредством так называемого «холодного» газодинамического напыления. Кроме того, оптимизация конструкций и режимов трaнcзвуковых струйных аппаратов, используемых сейчас, в основном, в теплоэнергетике, позволит широко применять их в химической и нефтегазодобывающей промышленности.

---