Cтраница 3
Как и в других методах теории потенциальных течений, влияние вязкости ( и следовательно, пограничного слоя), поверхностного натяжения и турбулентности не учитывается. Тем не менее этот метод позволяет определить общие размеры каверн и соответствующие им поля течения жидкости и давления вблизи кавитирующего тела, которые в случае стационарных каверн хорошо согласуются с реальными течениями. Теория Тулина была обобщена By [94] на случай гидропрофиля произвольной кривизны в режиме развитой кавитации при произвольном числе кавитации. Акоста [1] использовал аналогичную линейную теорию для исследования обтекания плоского гидропрофиля с каверной, замыкающейся на поверхности профиля. [31]
Кавитация возникает, когда давление в точках вдоль поверхности достигнет критического значения. Это число аналогично числу Kw, определяемому соотношением (7.12) для каналов, за исключением того, что вместо среднего давления рср в поперечном сечении канала используется давление ро в невозмущенном потоке. С помощью соотношений (7.15) и (7.16) можно построить графики для гидропрофиля, аналогичные представленному на фиг. [32]
В этой главе основное внимание уделяется некоторым физическим особенностям взаимодействия между движущейся жидкостью, каверной и направляющей поверхностью. Сначала будет рассмотрено в общих чертах влияние кавитации на течение и силы взаимодействия между жидкостью и направляющими поверхностями. Затем в качестве примеров будут рассмотрены ка-витационное течение в каналах, обтекание гидропрофилей и решеток. [33]
Далее, влияние верхней и нижней стенок рабочей части на характеристики решетки профилей еще не было определено теоретически до такой степени, чтобы можно было получить точную поправку к характеристикам. Во всех упомянутых установках ( предыдущими исследователями) влияние стенок канала ( канал рабочей части) выше по потоку от профилей должно было приводить к изменению подъемной силы или циркуляции, обусловленной самими профилями. В нашей кавитационной установке такое влияние наблюдается в каналах как перед решеткой гидропрофилей, так и за ней. [34]
По этому распределению определяется подъемная сила и сопротивление формы. Дополнительное сопротивление поверхностного трения необходимо рассчитать. В третьем методе гидропрофиль устанавливается в движущемся потоке жидкости и определяется распределение скоростей в поперечном сечении потока перед гидропрофилем и за ним. Силы, действующие на гидропрофиль, вычисляются по изменению количества движения жидкости в двух направлениях. [35]
До сих пор рассматривались основные характеристики кавитации без учета условий течения, при которых она происходит. Следующие три раздела более конкретны, поскольку они посвящены трем обычным случаям течения, представляющим особый интерес для гидравлических устройств: течению в криволинейных каналах, обтеканию изолированной лопатки или гидропрофиля, а также обтеканию решетки гидропрофилей. В основном будут рассмотрены плоские течения. В настоящем разделе рассматривается плоское течение в криволинейном канале конечной ширины. [36]
До сих пор рассматривались основные характеристики кавитации без учета условий течения, при которых она происходит. Следующие три раздела более конкретны, поскольку они посвящены трем обычным случаям течения, представляющим особый интерес для гидравлических устройств: течению в криволинейных каналах, обтеканию изолированной лопатки или гидропрофиля, а также обтеканию решетки гидропрофилей. В основном будут рассмотрены плоские течения. В настоящем разделе рассматривается плоское течение в криволинейном канале конечной ширины. [37]
Полностью развитая каверна, охватывающая гидропрофиль под углом атаки, представляет собой частный случай несимметричной суперкаверны. В общем случае асимметрия тела или его ориентации ( например, угол атаки), сила тяжести ( или какие-либо другие массовые силы) и несимметрия граничных поверхностей приводят к нарушению симметрии течения, каверны и связанного с ними поля гидродинамического давления около тела. Возникающая при этом поперечная сила представляет большой интерес главным образом с точки зрения создания подъемной силы, а также с точки зрения специальных проблем устойчивости и управляемости тела с каверной. Гидропрофили относятся к числу таких тел, и благодаря их большому практическому значению были выполнены обширные исследования гидродинамики течений с развитой кавитацией. [38]
По этому распределению определяется подъемная сила и сопротивление формы. Дополнительное сопротивление поверхностного трения необходимо рассчитать. В третьем методе гидропрофиль устанавливается в движущемся потоке жидкости и определяется распределение скоростей в поперечном сечении потока перед гидропрофилем и за ним. Силы, действующие на гидропрофиль, вычисляются по изменению количества движения жидкости в двух направлениях. [39]
Как и в других методах теории потенциальных течений, влияние вязкости ( и следовательно, пограничного слоя), поверхностного натяжения и турбулентности не учитывается. Тем не менее этот метод позволяет определить общие размеры каверн и соответствующие им поля течения жидкости и давления вблизи кавитирующего тела, которые в случае стационарных каверн хорошо согласуются с реальными течениями. Теория Тулина была обобщена By [94] на случай гидропрофиля произвольной кривизны в режиме развитой кавитации при произвольном числе кавитации. Акоста [1] использовал аналогичную линейную теорию для исследования обтекания плоского гидропрофиля с каверной, замыкающейся на поверхности профиля. [40]
Подача воды в рабочий участок производится центробежным насосом, обеспечивающим скорость в рабочей камере до 30 м / сек. Приводами насоса служат два электродвигателя мощностью 300 И 400 л. с. Напорный бак установки разделен на три полости и играет роль ресорбера. Система подвижных стенок из звеньев, как видно на рис. 1 - 8, обеспечивает более плавное управление потоком в рабочей камере по сравнению со схемой предыдущей установки. В рабо - чей камере трубы может устанавливаться решетка из пяти гидропрофилей таких же размеров, как в описанной ранее установке. [41]
В некоторых случаях присоединенная каверна может стабилизироваться до такой степени, что ее длина колеблется около среднего значения, но сама она не проходит фазы полного заполнения, отрыва и повторного образования. Цикличность может сохраниться, но периодическое накопление и выброс жидкости, внесенной в каверну обратной струей, будет происходить только в ее концевой зоне. Именно так ведут себя каверны, замыкающиеся на криволинейных хвостовых частях симметричных стоек и погруженных тел ( разд. В этом смысле они являются квазистационарными. Такие квазистационарные каверны, длина которых меньше длины тела, образуются на гидропрофилях, обтекаемых под утлом атаки. Длинные суперкаверны, тянущиеся за телом, также стремятся к стационарному состоянию. Ниже в этой главе при рассмотрении суперкавитации будет показано, что прогресс в исследовании стационарных каверн был достигнут благодаря линеаризации, которая не требует учета условий в обратной струе, образующейся в конце каверны. Акоста [1] рассматривал плоскую пластинку с каверной, присоединенной на острых передней и задней кромках. Он получил следующие соотношения для длины каверны 1С и коэффициента подъемной силы CL для пластины с хордой / в зависимости от числа кавитации К. [42]
Кавитация возникает, когда давление в точках вдоль поверхности достигнет критического значения. Это число аналогично числу Kw, определяемому соотношением (7.12) для каналов, за исключением того, что вместо среднего давления рср в поперечном сечении канала используется давление ро в невозмущенном потоке. С помощью соотношений (7.15) и (7.16) можно построить графики для гидропрофиля, аналогичные представленному на фиг. Тот факт, что число К постоянно, означает, что точка максимального значения Kw на гидропрофиле всегда будет точкой возникновения кавитации. Основное различие между криволинейным каналом и гидрокрылом состоит в том, что криволинейный канал всегда имеет постоянную ориентацию по отношению к потоку, в то время как ориентация гидрокрыла может изменяться в широких пределах. Кроме того считается, что криволинейный канал бесконечен, в то время как гидрокрыло конечно в направлении течения. [43]
Специфической особенностью этих труб являются их рабочие части. Они имеют подвижные стенки ниже по потоку от решетки, наклон которых можно регулировать, чтобы согласовать его с направлением потока за решеткой с бесконечным рядом профилей. Поток перед решеткой вытекает из сопла; следовательно, его направление задано. Угол атаки определяется углом установки решетки относительно оси сопла. На этой установке при каждом изменении угла атаки необходимо изменять положение стенок трубы S-1 и S-2 ( фиг. Нумачи использовал решетки, состоящие из 5 - 9 гидропрофилей, каждый из которых имел хорду длиной 100 мм и размах длиной 100 мм. Центральный профиль, расположенный против смотрового окна рабочей части, устанавливался на весах. Первоначально измерялись подъемная сила и сопротивление. [44]
Гидродинамические трубы со свободной поверхностью предназначены для исследования объектов, погруженных на малую глубину или пересекающих свободную поверхность. В качестве примеров таких объектов можно назвать торпеды, подводные крылья, стойки и некоторые типы гидросооружений. Как следует из названия, единственной особенностью этих труб является рабочая часть, имеющая своб одную поверхность воды, давление над которой регулируется, чем обеспечивается регулирование кавитации на испытываемом объекте. Такая конструкция позволяет моделировать одновременно погружение, поверхностные волны и кавитационные характеристики. Гидродинамическая труба со свободной поверхностью удобна главным образом для исследования кавитации и каверн, возникающих вследствие испарения и вентиляции. Для исследования вентилируемых каверн ( например, суперкаверн, образующихся за гидропрофилями) установка должна быть оборудована устройством для инжекции воздуха или другого газа в рабочую часть. И соответственно необходимо устройство для непрерывного удаления этого воздуха. [45]