Зависимость гистерезиса закрученного потока от условий выхода струи

Язык труда и переводы:
УДК:
533
Дата публикации:
15 января 2022, 19:40
Категория:
Секция 07. Развитие космонавтики и фундаментальные проблемы газодинамики, горения и теплообмена
Авторы
Сергеев Михаил Николаевич
РГАТУ имени П.А. Соловьева
Аннотация:
Рассмотрено влияние величины щелевого диффузора на расходную характеристику закрученной струи. Показано, что при изменении давления на входе в вихревое устройство, соответствующее конструкции вихревого эжектора возможны два режима работы устройства. В первом случае закрученная струя выходит в виде веера, во втором в виде узкого конуса. Переход от одного режима к другому зависит от геометрических характеристик выходной части закручивающего устройства. Сделан вывод, что с уменьшением щелевого зазора разность значений критических давлений уменьшится. При некотором значении проходного сечения закрученной струи явление гистерезиса прекращается и расходная кривая становится однозначной.
Ключевые слова:
закрученный поток, перепад давления, скорость, расход
Основной текст труда

В закрученном потоке может наблюдаться явление гистерезиса [1]. Суть этого явления состоит в том, что при одном и том же внешнем давлении газа, подводимого к вихревому устройству, могут наблюдаться различные значения расхода. Гистерезис наблюдается для устройств, конструкция которых близка к конструкции прямоточного вихревого эжектора. Схема вихревого эжектора предполагает наличие как минимум двух камер, в которых движется газ. В камере наибольшего  диаметра (вихревой камере) формируется закрученный поток. Сама закрутка может создаваться с помощью тангенциального завихрителя [2], который представляет собой цилиндрический канал, образующая которого идет по касательной к поверхности вихревой камеры, другими словами тангенциально. Вихревая камере переходит в соосную цилиндрическую камеру меньшего диаметра, которую называют камерой смешения. Соотношение между диаметрами камер обычно равно 0,5, но может быть и другим. Вторая камера называется камерой смешения в связи с тем, что в нее подается эжектируемый поток газа через патрубок малого диаметра, расположенный в торцевой поверхности эжектора. Если эжектируемого газа нет, то эжектор работает на режиме вакуумнасоса. При постепенном увеличении перепада давления расход газа увеличивается. Однако, при некотором критическом значении этого перепада P1, возникает скачкообразное увеличение расхода и далее кривая роста имеет плавный характер. При обратном ходе, то есть при уменьшении перепада давления возникает скачкообразное уменьшение расхода, но при другом значении давления P2. Причем, давление P2 меньше давления P1. В результате на расходной характеристике эжектора возникает  замкнутая петля. Структура течения, соответствующая верхней линии петли существенно отличается от структуры нижней линии. На нижней линии имеет место сильно закрученная струя. На оси струи наблюдается сильное разряжение, в которое устремляется газ из окружающей следы, в результате образуется возвратное течение или зона рециркуляции [3, 4]. Движущаяся по периферии закрученная струя выходит под углом почти 90° к оси эжектора, т. е. веерным образом. На верхней линии расходной характеристики возвратное течение отсутствует, зона рециркуляции пропадает. Закрученная струя выходит с малым углом раскрытия. Наличие гистерезиса свидетельствует о том, что в закрученном потоке происходит изменение его структуры. Уровень давления в эжекторе при переходе через первую критическую точку возрастает, осевая скорость движения увеличивается. Это может быть обусловлено изменением закона вращения на входе в эжектор, в сечении непосредственно примыкающим к тангенциальному вводу. Гистерезис имеет место, когда выходное сечение эжектора полностью открыто. Если со стороны выхода закрученной струи поставить ограничивающий щелевой диффузор, то расходная характеристика эжектора изменится. В простейшем случае щелевой диффузор представляет собой диск, расположенный перпендикулярно оси эжектора на небольшом расстоянии от выходного отверстия. Чем меньше зазор между стенкой эжектора и диском, тем больше газодинамическое сопротивления эжектора. Необходимо отметить, что с уменьшением щелевого зазора разность значений критических давлений уменьшится. При некотором значении проходного сечения закрученной струи явление гистерезиса прекращается и расходная кривая становится однозначной. Характерная для гистерезиса петля пропадает.  

Грант
Грант РФФИ № 20-08-01199.
Литература
  1. Sergeev M.N., Veretennikov S.V., Pudeev A.I. The Phenomenon of Hysteresis in a Swirling Stream // Journal of Physics: Conference Series. 2021. Vol. 2088. Pp. 012049.
  2. Лукачев С.В. Исследование неустойчивых режимов течения газа в вихревой трубе Ранка // Инженерно-физический журнал. 1981. Т. XLI, № 5. С. 784–791.
  3. Кныш Ю.A. Автоколебания в закрученных потоках. Самара: Самарский научный центр РАН, 2006. 248c.
  4. Alekseenko S.V., Kuibin P.A., Okulov V.L., Shtork S.I. Helical vortices in swirl flow // Journal of Fluid Mechanics. 1999. Vol. 382. Pp. 195–243. DOI: https://doi.org/10.1017/S0022112098003772
Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.