Течение в колене (на повороте)

Лекция 9.

Тема: Течение в колене (на повороте). Одномерная газовая динамика.

Изобразим плавный поворот трубы постоянного диаметра на угол , радиус поворота (рис.9-1).

Пусть течение на входе в поворот однородное (постоянный профиль скорости поперек потока). Угол поворота может быть любым ,бесконечный угол означает длинный змеевик.

Причиной потерь давления в колене является, во – первых, нарушение однородности течения. Во входной половине поворота (условно, до линии А-А) у внешней стенки давление растет за счет центробежной силы, это область положительного градиента давления, давление там больше чем давление на входе в поворот(обозначено «»), у внутренней стенки давление уменьшается, становится меньше (обозначено «»).

На выходе из поворота (после линии А-А), когда скорость и давление (за вычетом потерь) возвращаются к значениям однородного течения до поворота наоборот, область положительного градиента давления располагается у внутренней стенки, область отрицательного градиента давления - у внешней стенки.

Таким образом, в колене имеются два диффузорных участка: у внешней стенки на входе и у внутренней стенки на выходе (эти области показаны штриховкой).

Первый участок (у внешней стенки) при крутых поворотах (на большой угол) почти всегда сопровождается отрывом, второй (у внутренней стенки) более слабый, поскольку градиент давления меньше на величину потерь на повороте, и может обойтись без отрыва.

Но по уравнению Бернулли увеличение давления означает уменьшение скорости и наоборот, а по уравнению неразрывности уменьшение скорости означает увеличение площади сечения. Таким образом, если отсчитывать поперечную координату от внешней стенки, выделенная струйка потока до линии А-А будет тормозиться у внешней стенки, а площадь ее сечения будет увеличиваться. За линией А-А эта струйка будет разгоняться и при этом прижиматься к стенке. У внутренней стенки все будет происходить с точностью до наоборот.

Чтобы показать вторую причину потерь давления в колене, сделаем разрез по линии А-А (рис.9-2).

Около стенок, где скорости малы, возникнет вторичное течение из области с большим давлением в область с меньшим давлением. Возникнет парный вихрь, который даст дополнительные потери на трение.

На этом мы заканчиваем рассмотрение элементов гидравлики и переходим к рассмотрению одномерного (стационарного) течения сжимаемой жидкости (сжимаемого газа) – одномерной газовой динамике.

Дата добавления: 2014-01-14