Скачки уплотнения

Если в бесконечно длинной трубе с неподвижным газом распространяется волна сжатия (например вследствие перемещения поршня), то можно предположить, что малые возмущения распространяются со скоростью, равной местной скорости звука. В области больших давлений (см. рис.4.1) температура несколько выше, чем в области меньших вследствие сжатия. Соответственно местная скорость звука в первой области больше, чем во второй. Тогда по мере распространения волны она становится все более крутой, пока ее фронт не станет плоским, как показано на рисунке 4.1. В этом случае происходит скачок с увеличением не только давления, но и скорости в сторону ее уменьшения. Температура и плотность газа в скачке возрастают.

Рис.4.1.

В системе координат, связанной с трубой, движение ударной волны вдоль трубы является нестационарным. Для приведения задачи к стационарной систему координат связывают с плоскостью ударной волны. Тогда ударную волну можно считать неподвижной, параметры потока перед и за скачком - постоянными величинами, скачкообразно изменяющимися в плоскости ударной волны, как это показано на рисунке 4.2.

Т.к. при движении поршня образовавшаяся ударная волна перемещается в невозмущенной среде, то в такой системе координат, связанной с ударной волной, скорость перед скачком будет равна скорости перемещения ударной волны.

Если фронт скачка уплотнения перпендикулярен потоку газа, то скачок называют прямым. Во всех других случаях он называется косым. В прямых скачках теряется гораздо больше энергии, чем в косых. Поэтому в технике стремятся избежать прямых скачков, хотя удается это далеко не всегда.

Теория скачков предполагает, что толщина скачка соизмерима с длиной свободного пробега молекул. Основные положения этой теории разработаны Ренкиным (1870г.) и Гюгонио (1887г.).

Рис.4.2.

Дата добавления: 2013-12-13