Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Исследование нестационарных процессов в проточных частях элементов судовых силовых установок методом газогидравлической аналогии с целью повышения их вибрационной прочности Наделяев Александр Виттович

Исследование нестационарных процессов в проточных частях элементов судовых силовых установок методом газогидравлической аналогии с целью повышения их вибрационной прочности
<
Исследование нестационарных процессов в проточных частях элементов судовых силовых установок методом газогидравлической аналогии с целью повышения их вибрационной прочности Исследование нестационарных процессов в проточных частях элементов судовых силовых установок методом газогидравлической аналогии с целью повышения их вибрационной прочности Исследование нестационарных процессов в проточных частях элементов судовых силовых установок методом газогидравлической аналогии с целью повышения их вибрационной прочности Исследование нестационарных процессов в проточных частях элементов судовых силовых установок методом газогидравлической аналогии с целью повышения их вибрационной прочности Исследование нестационарных процессов в проточных частях элементов судовых силовых установок методом газогидравлической аналогии с целью повышения их вибрационной прочности Исследование нестационарных процессов в проточных частях элементов судовых силовых установок методом газогидравлической аналогии с целью повышения их вибрационной прочности Исследование нестационарных процессов в проточных частях элементов судовых силовых установок методом газогидравлической аналогии с целью повышения их вибрационной прочности Исследование нестационарных процессов в проточных частях элементов судовых силовых установок методом газогидравлической аналогии с целью повышения их вибрационной прочности Исследование нестационарных процессов в проточных частях элементов судовых силовых установок методом газогидравлической аналогии с целью повышения их вибрационной прочности Исследование нестационарных процессов в проточных частях элементов судовых силовых установок методом газогидравлической аналогии с целью повышения их вибрационной прочности Исследование нестационарных процессов в проточных частях элементов судовых силовых установок методом газогидравлической аналогии с целью повышения их вибрационной прочности Исследование нестационарных процессов в проточных частях элементов судовых силовых установок методом газогидравлической аналогии с целью повышения их вибрационной прочности
>

Данный автореферат диссертации должен поступить в библиотеки в ближайшее время
Уведомить о поступлении

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - 240 руб., доставка 1-3 часа, с 10-19 (Московское время), кроме воскресенья

Страница автора: Наделяев Александр Виттович


Наделяев Александр Виттович. Исследование нестационарных процессов в проточных частях элементов судовых силовых установок методом газогидравлической аналогии с целью повышения их вибрационной прочности : Диссертация кандидата технических наук : 05.08.05 : Ленинград 1983 - 297 стр.

Содержание к диссертации

Введение

I. Состояние вопроса

1.1. Неравномерности потока, вносимые обтекаемыми телами

1.1.1. Потенциальная неравномерность потока

1.1.2. Вязкая неравномерность потока

1.2. Методы исследования нестационарных явлении

1.2.1. Исследования малоинеоционными зондами-.

1.2.2. Исследования с помощью измерительных лопаток и оценка нестационарных папа-метров потока по динамическим напряжениям в вибриоующих деталях

1.2.3. Визуализация течения путем введения трассеоов

1.2.4. Оптические методы исследования

1.2.5. Аналоговые методы

1.3. Газогидравлическая аналогия и ЄР применение для решения стационарных и нестационарных задач внутоеннего и внешнего обтекания элементов проточных частей СС

1.3.1. Основные соотношения для волн на воде..

1.3.2. Стационарное движение

1.3.3. Нестапионаоное движение

1.3.4. Критерии подобия

1.4. Возбуждение колебании лопаток турбомашин.

1.5. Задачи исследования 5Т

2. Измерение нестационарных глубин потока жидкости в лотке установки газогидравлической аналогии 61

2.1. Измерение полей глубин стационарных течений 61

2.2. Измерение полей глубин нестационарных течений 61

2.3. Схемы количественной визуализации поля тече течения в лотке установки ГГА 63

2.3.1. Схема визуализации " диафрагма за объективом" 63

2.3.2. Схема визуализации " диафрагмы перед неравномерностью и за объективом" 66

2.3.3. Схема визуализации " диафрагма петэед неравномерностью" 69

2.4. Определение угла наклона поверхности жидкости 72

2.4.1. Определение зависимости между углом наклона поверхности жидкости и углом отклонения луча света 72

2.4.2. Определение возмущенного шага растра 76

2.4.3. Влияние схемы установки растра относительно дна гидролотка 78

2.5. Определение глубины потока жидкости в гидроканале 83

2.5.1. Установка с MQ и к 85

2.5.2. Установка с П0 85

2.5.3. Установка с растром на дне гидролотка 86

2.5.4. Установка с растром под дном гидролотка. 86

2.6. Метрологические характеристики оптического метода измерений глубин потока жидкости 87

2.7. Метод измерения мгновенных местных скоростей 92

2.8. Выводы 94

3. Установка газогидравлической аналогии с оптической визуализирующей системой и основные принципы построения моделей 96

3.1. Установка газ огидравлической аналогии с оптической системой измерений 96

3.1.1. Гидравлическая система и привод моделей. 96

3.1.2. Оптическая система по схеме визуализации "диафрагмы перед неравномерностью и за объективом" 100

3.1.3. Оптическая система по схеме визуализации "диафрагма перед неравномерностью"

3.1.4. Особенности киноаппаратуры для измерений на установках ГГА 106

3.2. Масштабы моделирования 115

3.3. Моделирование проточных частей лопаточных машин по линиям тока в меридиональном сечении 117

3.3.1. Радиальные машины 118

3.3.2. Цилиндрические линии тока 118

3.3.3. Конические линии тока

3.4. Моделирование колебательных систем 121

3.5. Моделирование структуры вихревого следа за лопатками решетки 130

3.6. Смачиваемости поверхностей моделей и влияние поверхностного натяжения 135

3.7. Выводы 139

Экспериментальные исследования на установке газо гидравлической аналогии с оптической визуализи рующей системой 143

4.1. Исследование дифракции плоской волны на решетке аэродинамически нагруженных профилей 149

4.1.1. Взаимодействие волны и решетки профилей при отсутствии птэотока 144

4.1.2. Взаимодействие волны и решетки профилей при наличии протока. Проход волны в прямом направлении 147

4.1.3. Взаимодействие волны и решетки профилей при наличии протока. Проход волны в обратном направлении

4.1.3.1. Фронт волны перпендикулярен хорде профиля 150

4.1.3.2. Фронт падающей волны параллелен фронту решетки 153

4.1.4. Силовое взаимодействие волны и профиля в решетке 153

4.2. Взаимодействие профилей оешеток лопаточных машин при их относительном перемещении .156

4.2.1. Взаимодействие решетки направляюших лопаток и профиля рабочей решетки в турбинном режиме 158

4.2.2. Особенности взаимодействия тсешетки направляющих лопаток и движущейся за ней рабочей лопатки в компрессорном режиме. 166

4.3. Применение газогидравлической аналогии для исследования нестационарных процессов в элементах систем ССУ 169

4.4. Исследование акустического излучения винторулевых комплексов 177

4.4.1. Некоторые особенности моделирования, связанные с ограниченной сжимаемостью рабочих сред 178

4.4.2. Качественная картина взаимодействия элементов винторулевого комплекса 181

4.4.3. Особенности излучения шума лопастью гвинта на высоких частотах І8І

4.5. Выводы 190

Экспериментальные исследования динамической прочности облопатывания модельной воздушной турбинной ступени при конструктивных воздействиях на неравномерности потока рабочего тела 193

5.1. Экспериментальная воздушная турбина ВС - ІМ и объекты исследования 193

5.1.1. Экспериментальная воздушная турбина ВС - ІМ 193

5.1.2. Рабочее колесо 202

5.1.3. Ступень с выпуском рабочего тела из выходных кромок сопловых лопаток 204

5.1.4. "Полуторная" ступень (трехзвенник) 206

5.2. Результаты экспериментальных исследований влияния конструктивных и режимных факторов на динамические напряжения в рабочих ло патках активной турбинной ступени 209

5.2.1. Влияние осевого зазоиа 209

5.2.2. Влияние выпуска рабочего тела (воздуха) из выходных кромок сопловых лопаток на динамические напряжения в рабочих лопатках 215

5.2.3. Влияние ТННЛ на динамические напряжения в рабочих лопатках 218

5.2.4. Совместное влияние осевого зазора, выпуска рабочей среды из выходных кромок сопловых лопаток и ТННЛ на динамические напряжения в необандаженных активных рабочих лопатках 220

5.3. Экспериментальные исследования обратного влияния соплового аппарата последующей ступени на динамические напряжения в лопатках рабочего колеса активной турбинной ступени 232

5.3.1. Влияние осевого зазора между рабочим колесом и имитатором соплового аппарата последующей ступени на динамические напряжения в рабочих лопатках колеса предшествующей ступени 233

5.3.2. Влияние сильной нерезонирующей гармоники возбуждения на резонанс по слабой 239

5.3.3. Влияние числа стержней имитатора соплового аппарата последующей ступени на динамические напряжения в лопатках рабочего колеса активной безбандажной турбинной ступени 241

5.3.4. Влияние тангенциального сдвига сопловых аппаратов до и за рабочим колесом турбинной ступени на динамические напряжения в рабочих лопатках 250

5...ВНЖД 252

6. Классификация нестационарных аэродинамических сил, действующих на элементы проточных частей ССУ 256

7. Выводы и ре комендации 260

Литература 265

Исследования с помощью измерительных лопаток и оценка нестационарных папа-метров потока по динамическим напряжениям в вибриоующих деталях

Эмпирические зависимости (1.9) - (I-I3) являются среднестатистическими по данным замеров распределения параметров потока за решетками и отдельными телами инерционными измерительными системами и не учитывают действительную структуру вихревого следа. По /210/ процедура осреднения во времени приводит к трудноразрешимой проблеме получения замкнутого и в принципе разрешимого математического описания (проблема замыкания), которая снова приводит к проблеме структуры, исключенной при осреднении. На эту сложность указано и в /219/.

Зависимость профильных потерь, степени неравномерности и частоты срыва регулярных вихрей приведены в работах /120/, /121/ (рисЛ.4) от угла атаки. Эти данные показывают, что исключение из рассмотрения структуры следа за телом может привести к значительной погрешности оценки силового взаимодействия с потоком как самого вихреисточника, так и стоящих за ним вниз по потоку обтекаемых тел.

Зона низких частот срыва вихрей соответствует нерасчетным углам атаки и "плохообтекаемой" конфигурации решетки, в которой наблюдаются срывные явления. Исследования срывного обтекания плохообтекаемых тел важны для элементов ССУ, проточная часть которых состоит из пучков цилиндрических труб, обтекаемых в поперечном направлении (теплообменники). Обтекание цилиндра поперечным потоком является классической задачей /27/, однако влияние вязкости и возможных видов кинематического состояния сильно усложняет задачу. Зависимости сопротивления и спектры течения, полученные экспериментальным путем, приведены в /210/. Бурное развитие ядерной энергетики в последнее время привело к повышенному интересу к исследованиям режимов обтекания цилиндрических тел поперечным и продольным потоком вязкой жидкости /19/, /20/, /45/, /53/, /89/, /101/, /271/, /300/, /305/. Влияние кинематики граничных условий на движение тел было подмечено еще Ньютоном /329/ и развито в трудах баллистиков /331/, /332/, /87/, /131/. Для судовых нужд эффект Магнуса /328/ попытался применить Флеттнер, создав судно с движителем в виде двух вращающихся цилиндров.

Сложность обтекания цилиндрических тел вязким потоком связана с зависимостью спектров течения от числа Рейнолъдса, которое связано с переменной, во всережимных транспортных установках, скоростью течения рабочего тела. Как показано в /101/, взаимное расположение цилиндров влияет на число Струха-ля, определяемое по частоте срыва вихрей. Этот эффект важен для трубных пучков теплообменных аппаратов, обтекаемых, в зависимости от режима, потоком с изменяющейся скоростью и направлением. движение цилиндра при его колебаниях приводит как к изменению частоты, так и интенсивности вихрей в следе /305/, /334/. Визуализация вихревых дорожек за лопатками /117/ показала , что частота срыва вихрей связана с числом Отрухаля для цилиндра, диаметр которого определен по толщине выходной кромки лопатки.

Решение о структуре вихревого следа связано с вопросом его устойчивости. Устойчивый вихревой след /27/ образуется при парном расположении вихрей и при шахматном их расположении с определенными расстояниями между вихрями и вихревыми дорожками следа. Проблема устойчивости теоретически разрабатьюается для динамических систем, порождаемых уравнениями Навье-Стокса /34/, /35/, /118/ (малопараметрическая динамическая система образуется из гидродинамической путем применения процедуры Галеркина).

Вязкая неравномерность потока порождается пограничным слоем на поверхности обтекаемых потоком тел /119/, /200/, /210/, /266/, /298/. Выделяются два вида течения - ламинарное и турбулентное. Переход от одного режима к другому происходит при определенных числах Рейнольдса, что сопровождается как изменением структуры течения, так и величин коэффициентов сопротивления тел.

Согласно /63/ в ламинарном течении при числах Рейнольдса, больших числа Рейнольдса потери устойчивости, начинается рост первоначально плоских волн - волн Толмина. Затем они перерастают в более сложные трехмерные движения - волны Бенни - Линя, которые, при достижении определенной амплитуды, разрушаются интенсивно растущими мелкомасштабными пульсациями - зона вторичной неустойчивости. Вторичная неустойчивость приводит к рождению пятен Эммонса, представляющих собой мелкомасштабные нелинейные пакеты волн. Развиваясь вниз по потоку, пятна Эммонса приводят к полностью развитому турбулентному течению. В конкретных случаях течений структурв зависит от величины амплитуды начальной турбулентности, при этом исчезают зоны от ламинарного течения до волн Толмина. Экспериментально начало перехода ламинарного течения в турбулентное определяют по моменту появления мелкомасштабных пульсаций - зоны вторичной неустойчивости, соответствующего определяющему параметру примерно равному 50. В лопаточных машинах неустойчивость пограничного слоя на профилях лопаток мож.ет возбуждаться вихревыми следами лопаток предшествующего ряда за счет раз-ной степени турбулентности вихревого следа и основного потока,

Определение зависимости между углом наклона поверхности жидкости и углом отклонения луча света

Увеличение линейных размеров модели благоприятно, с одной стороны, с точки зрения повышения точности /26/, /246/, с другой стороны, позволяет удовлетворить условию автомо-дельности по числу Рейнольдса. Последнее положение требует проверки в каждом конкретном случае моделирования.

Самой многочисленной деталью турбинных ССУ являются лопатки. Сопловые (направляющие) лопатки испытывают нагрузки от действия сил газового изгиба и кручения, рабочие лопатки - дополнительно нагрузки от действия центробежных сил. Б наихудших условиях находятся рабочие лопатки, так как по сравнению с условиями закрепления сопловых лопаток - как двухопорных балок (защемленных или шарнирно-опертых), рабочие лопатки обычно консольные, защемленные в диске рабочего колеса. Схема взаимодействия потока и рабочей лопатки турбома-шины приведена на рис. 1.5 (кручение опущено),

Статические (осредненные по времени) параметры потока определяют статическую распределенную нагрузку по длине лопатки. Под действием этой нагрузки в лопатке появляются напряжения изгиба и кручения. Вращение ротора приводит к появлению Б лопатках рабочего колеса растягивающих напряжений от действия центробежных сил и напряжений изгиба. В некоторых конструкциях /146/ лопаткам придают наклон к радиусу для компенсации напряжений изгиба ет действия газовых сил напряжениями изгиба от действия центробежных сил. Лопатка турбомашини ведет себя как балка, на которую наложена распределенная нагрузка, приводящая к ее растяжению, изгибу и кручению /I/, /56/, /98/, /99/, /126/, /204/, /236/.

Статическое напряженное состояние лопатки определяет, таким образом, упругую линию балки в состоянии равновесия, собственную динамическую частоту колебаний и величину механического демпфирования колебаний, учитывающего внутреннее трение в материале и конструкционное демпфирование /48/, /71/, /72/, /139/, /171/, /172/, /183/, /239/.

Статические параметры потока влияют на величину сил аэродемпфирования колебаний /71/, /72/, /90/, /91/, /93/, /98/, /99/, /219/, /220/, /221/.

Неравномерности потока определяют величину силы аэродинамического возбуждения и частично силы аэродемпфирования колебаний, на что влияет их расфазировка. В возбуждение колебаний (и демпфирование) вносят вклад силы акустического характера и кинематическое возбуждение через заделку.

Под действием переменных во времени сил лопатка Турбо-машины ведет себя как механическая колебательная система. Цри колебаниях (вибрации) лопатки в ней возникают динамические (вибрационные) напряжения, уровень которых определяет ресурс по усталостной прочности). Решить дифференциальное уравнение колебаний рабочей лопатки под действием возбуждающих и демпфирующих сил и определить амплитуду колебаний (и динамические напряжения) теоретическим путем в настоящее время является практически неразрешимой задачей, учитывая влияние многих факторов как на возбуждающие и демпфирующие силы, так и на само поведение рабочей лопатки. Решение проводится экспериментальным путем для конкретного образца турбомашини.

Оценку возможного вибрационного состояния рабочих лопаток можно провести, упростив модель течения. В рассмотрение вводится "замороженное" статистически однородное по окружности1 поле скоростей на входе и выходе из рабочего колеса , несущее неоднородности потока в виде порывов скорости рис.1.6, течение рассматривается в относительном движении. Такая модель /219/, /220/ позволяет рассмотреть влияние основных неравномерностей потока пп. І.І на возбуждение колебаний рабочих лопаток. Модель построена на допущении, что влияние тела на поток на некотором расстоянии от тела не зависит от его формы /219/, /220/. Это же допущение позволяет проводить исследования возбуждения, заменяя сопловые лопатки в направляющих аппаратах решетками цилиндрических или конических стержней.

Необходимость учета волновых явлений /170/ приводит к усложнению модели рис.1.6. Неравномерности потока вводятся как волны давления, распространяющиеся с конвективной скоростью, отраженные волны распространяются со скоростью звука. Правомерность этих подходов должен показать эксперимент, проводимый на воздушной модельной турбомашине и рассмотрение физики взаимодействия методом газогидравлической аналогии. Весьма неясным вопросом является влияние соотношения чисел рабочих и направляющих лопаток на уровень возбуждения вибрации рабочих лопаток и экономичность турбинной ступени.

Оптическая система по схеме визуализации "диафрагмы перед неравномерностью и за объективом"

Изображение растра 12 через зеркало с наружным отражающим слоем 9 объективом б технического фотоаппарата 5 прое цируется на диафрагму 4, являющуюся негативом растра 12, снятую на репродукционно-штриховой стеклянной фотопластинке. Изображение модели 8, установленной в гидролотке II на столе установки ГГА 7, проецируется на матовое стекло 3 фотоаппарата 5. Зоны неравномерности, появляющиеся во время эксперимента, снимаются кинокамерой I. Дпя исключения засветки матового стекла 3 посторонним светом, между кинокамерой I и фотоаппаратом 5 установлен светозащитный мех 2. Оптическая скамья, несу щая элементы оптической системы 1-6 опирается на стойку 17. Для изменения угла наклона зеркала 9 используется вин товой механизм 10. Если неравномерности потока отсутствуют, экран (матовое стекло) полностью затемнен, так как просветы растра 12 перекрываются штрихами диафрагмы 4. Появление неравномерности приводит к появлению светлых участков на экране 3, пропорциональных углу отклонения поверхности жидкости от горизонтали. Аберрации, вносимые зеркалом 9 и объективом 6 компенсируются автоматически, так как опорный растр - диафрагма 4, экспонируется перед началом эксперимента при принятой настройке оптической системы. В зависимости от задачи исследования, диафрагма 4 может быть снята при разных уело -виях течения в лотке ГГА. Если исследователя интересует неравномерность, вносимая стационарным и нестационарным течением, то диафрагму 4 экспонируют при заполненном водой лотке в отсутствии течения, Если интересует только нестационарная составляющая или разница между стационарными режимами, то диафрагму 4 экспонируют при том режиме течения в лотке, относительно которого требуется узнать изменяющиеся параметры. С момента съемки диафрагмы 4 до её установки обратно после проявления, режим работы гидравлической части должен поддерживаться постоянным. При быстром проявлении, фиксировании, ополаскивании в спирте и сушке процесс занимает 10-15 минут. Недостаток метода заключается в сложностях юстировки диафрагмы 4 и больших световых потерях. Оптическая система установки ITA по схеме визуализации "диафрагма перед неравномерностью" представлена на рис.3.5, общий вид на рис.3.6.

Прожектор II с источником света 12 через теплофильтр 9 и зеркало с дщффузионным отражающим слоем 8 освещает растр 7, нанесенный на молочное стекло. Изображение растра 12 и модели 4, установленной в гидролотке 3 на столе установки ГГА 2 через зеркало с наружным отражающим слоем 5 снимается кинокамерой I, установленной на штативе 10. Фокусировка проводится по плоскости модели, резкое изображение растра достигается диафрагмированием объектива кинокамеры. Регулирование угла установки зеркала 5 производится винтовым механизмом 6.

Использование мощности источника освещения в этом методе более рационально: если для нормальной экспозиции при методе "диафрагмы перед неравномерностью и за объективом" требуемая мощность источника света 5 Квт, то здесь - I Квт.

Для дешифровки кинограмм наиболее удобен просмотровый столик "Купава 16" (при съемках на 16 мм пленку), у которого экран заменяется на репродукционно-штриховую фотопластинку, экспонированную под кадром, относительно которого определяется неравномерность, вычитание изображений и получение полезного разностного сигнала производится не во время эксперимента, а во время обработки полученных результатов,

Кинокамеры, применяемые в измерительных целях для киносъемки нестационарных процессов на установках ТТА, должны иметь частоты съемки от 16 до 100 кадр/с, объективы с постоянными фокусными расстояниями (фокусное расстояние объектива входит в расчетные формулы) и обязательно оборудованы встроенным отметчиком времени. Из известных /38/ кинокамер этим требованиям удовлетворяет только "Пентафлекс-16" с кассетой 96 R . Отсутствие кинокамеры данного типа привело к необходимости доработки имеющейся кинокамеры "Киев-16У" до применимости её в измерительных целях, затронувшее разработку и изготовление встроенного отметчика времени и форсирование лентопротяжного тракта до частот съемки 100 кадр/с.

Отметчик времени электронного типа на базе светодиода зеленого свечения АЛ 102 В рис.3.6, питается от сети переменного тока 220 в 50 1ц. Он позволяет получить отметку времени с частотами 50 и 100 Іц в зависимости от положения переключателя BKJ (рис.3.76).

Взаимодействие решетки направляюших лопаток и профиля рабочей решетки в турбинном режиме

Газогидравлическая аналогия, разработанная в основном для невязких сжимаемых сред, допускает, в некоторых случаях, проведение исследований вязких эффектов.

Газогидравлическая аналогия может применяться как самостоятельное средство исследования (для проверки теоретических предположений) и как дополнительное при проведении натурных экспериментов для правильной трактовки получаемых результатов от точечных систем измерений.

При проведении модельных исследований стационарных процессов в невязкой жидкости достаточно выполнения подобия по числу Маха - Фруда и постоянства показателя изоэнтропы, а для проведения модельных исследований нестационарных процессов дополнительно требуется выполнение подобия по числу Струхаля.

В случае модельных исследований нестационарных процессов в вязкой сжимаемой жидкости требуется выполнение критериальной зависимости по числу Струхаля не только по частотам возмущающих сил, связанных с кинематикой взаимного перемещения и наложенных на потенциальный поток, но и по частотам, определяемым вязкими эффектами (частотами срыва вихрей, где критерий Струхаля определяется как характерный размер обте каемого тела, выраженный в длинах волн возмущения), что приводит к требованию выполнения автомодельности по критерию Рейнольдса, которое, в свою очередь, достигается выбором соответствующего масштаба моделирования

В случае удовлетворения критериальным зависимостям поле глубин потока является прямым аналоговым решением двумерных дифференциальных уравнений с переменными коэффициентами нестационарного течения жидкости сквозь исследуемую геометрическую конфигурацию при заданных геометрических и кинематических граничных условиях в динамической постановке.

Для наиболее актуальных в последнее время нестационарных и аэроупругих задач в потоке сжимаемого газа получение прямого аналогового решения позволяет проверить и упростить теоретические модели течения и обойти связанные с неясностью физических картин действительных течений, сложностью, а в некоторых случаях и невозможностью, математического описания происходящих процессов, а также решением громоздких систем уравнений на ЭЦВМ. Наиболее сложной для теоретического решения является задача при наличии относительного перемещения тел в потоке жидкости (решетки профилей лопаточных машин, винторулевые комплексы и т.п.). Пряглое аналоговое решение позволяет рассмотреть динамику взаимодействия и обойти ограниченность и трудности математического описания процесса. Получение даже качественной картины динамики взаимодействия тел в потоке сжимаемой жидкости требуется для уточнения как математического описания, так и трактовки получаемых в натурных условиях экспериментальных результатов.

Современный подход в экспериментальных работах по нестационарной и аэроупругой аэрогидродинамике связан с проведением на натуре либо точечных (прямых) замеров, либо получением интегральных (часто косвенных) характеристик. Проведение параллельно с натурными исследованиями аналогового эксперимента методом газогидравлической аналогии позволяет определить характер течения в точках модели, соответствующих точкам натурных замеров, или силы, действующие на модельный интегральный измерительный элемент. Соответствие во времени качественных характеристик динамики процессов позволяет применить картину течения, полученную в результате аналогового моделирования к натурному объекту, что, в свою очередь, позволяет по отдельным точечным замерам восстановить количественную картину течения в натурном объекте.

Для проведения модельных исследований аэроупругих процессов дополнительно требуется выполнение критериев Копта и приведенного к ускорению числа Фруда. Параметры моделирования колебательных систем (массы исследуемых профилей сечений и моменты инерции, упругости подвесок) определяются масштабом моделирования и критерием Коши.

Наличие безразмерных и размерных масштабов моделирования требует обработки результатов модельных исследований в безразмерном виде.

Разработан простой по схеме и элементарный по исполнению отметчик времени, встраиваемый в кинокамеру любого типа и превращающий ее в измерительную. Работа лопаточных машин сопровождается наличием акустического возбуждения в виде волн давления, источник которых может находиться как вне их - импульсные турбины турбонадду-вочных агрегатов дизелей, так и внутри - взаимодействие движущихся и неподвижных решеток профилей, вихревой шум и т.д. Решение задачи дифракции волны на решетке профилей требуется для оценки уровня динамических напряжений в лопатках и определения параметров отраженной и преломленной волн в ближней зоне, где находятся соседние элементы проточной части. Обычное акустическое рассмотрение задачи, даже при отсутствии аэродинамической нагруженности решетки профилей /2/, /8/, /9/, /16/, /238/, /240/ приводит к бесконечной системе уравнений, быстрая сходимость которой обеспечивается только для малых значений волнового размера. Теоретические решения сходятся с результатами эксперимента лишь в дальней зоне для густых решеток пластин /256/, /322/. В ближней зоне, где находятся соседние взаимодействующие с данной решеткой криволинейные телесные профили, решение мокно получить практически-только экспериментальными методами, для чего наиболее применимо физическое моделирование методом ГГА. дифракционные картины получаются при проходе одиночных волновых фронтов, интерференционные картины при моногармоническом воздействии получаются путем наложения при сдвиге во времени отдельных дифракционных картин.

Исследования проводились на редкой, относительный шаг V = I, решетке профилей. Хорда профиля ь = 70 мм, угол установки у = 50, углы входа d0 = 90 и выхода с -/ = 35. Визуализация методом "диафрагма перед неравномерностью", установка растра по схеме рис.2.5 с Н = 145 мм, шаг ростра .Р = 12,5 мм, ширина штриха и ширина просвета равны 6,25 мм, раст перекрестный. Скорость поверхностной волны С =0,33 м/с. Исследовалась дифракция прямолинейного волнового фронта на решетке при отсутствии и наличии протока со скоростью Ft вМ р — 0,3.

Похожие диссертации на Исследование нестационарных процессов в проточных частях элементов судовых силовых установок методом газогидравлической аналогии с целью повышения их вибрационной прочности