специальная работа. 2 ОПП. 2 Основные проектные параметры
 Скачать 0.62 Mb.
|
 2 Основные проектные параметры Основными параметрами импульсной трубы, как и любой газодинамической установки, являются размеры создаваемого потока газа, число Маха, температура и давление торможения. Дополнительным, специфическим для импульсных труб, параметром является объем форкамеры, который совместно с перечисленными определяет скорость измерения характеристик потока во времени и, следовательно, степень квазистационарности условий обтекания. Обычно при проектировании аэродинамических труб размеры потока и число Маха являются величинами заданными, исходя из потребностей планируемых экспериментов. Можно только отметить, что основным аргументом в пользу увеличения размеров потока является возможность применения крупных моделей, более удобных в работе и обеспечивающих более полное моделирование геометрии и числа Рейнольдса. С другой стороны увеличение размеров потока существенно удорожает конструкцию трубы и ее эксплуатацию. Выбор компромисса между этими противоречивыми тенденциями представляет сложную задачу и производится в каждом отдельном случае на основании анализа конкретных потребностей и возможностей. Выберем осесимметричный поток. Диапазон чисел Маха для проектируемой импульсной трубы, исходя из задания, был выбран М=2,8-7,7. Заданные значения чисел Маха и размеров струи позволяют приступить к выбору временных характеристик режима работы импульсной трубы и к определению объема форкамеры. 2.1 Размеры моделей Для задач, связанных с изучением обтекания моделей, большой интерес представляют области рабочего потока с постоянными параметрами (область «характеристического ромба»), которая определяет допустимые размеры модели. При нулевом угле атаки модели (  =0о) ее длина не должна превышать длины характеристического ромба в направлении оси потока. При =90о длина модели должна быть не более диаметра среза сопла (рисунок 2.1). На промежуточных углах атаки длина модели определяется из простого геометрического соотношения: , (2.1)где  - угол наклона характеристики.Площадь поперечного сечения модели определяется из условий запуска трубы, т.е. реализации расчетного течения в сопле и в рабочей части установки. Реально допустимая степень загромождения (отношение площади поперечного сечения модели к площади потока) составляет от 13% до 18%. Примем, что в проектируемой аэродинамической установке степень загромождения составит 15%, т.е.:  (2.2)Приближенное значение числа  набегающего потока, при котором происходит запирание гиперзвуковой аэродинамической трубы с жесткими стенками, может быть определено по эмпирической зависимости (при нулевом угле атаки) [6]: . (2.3) .Условимся, что площадь миделевого сечения модели не должна превышать 0,04 [м2], тогда площадь сечения рабочей части установки составит:  [м2].Рабочая часть представляет из себя цилиндр круглого сечения, с диаметром 517 [мм]. Примем, что диаметр выходного сечения сопла будет равен 462 [мм]. Тогда, для =2,8 и  =0: [град], (2.4) [м]. (2.5)Данные расчета для остальных чисел Маха и углов атаки представлены в таблице 2.1, 2.2.  Рисунок 2.1 – К расчету размеров моделей Таблица 2.1 – Зависимость угла наклона характеристики от числа Маха
Таблица 2.2 – Зависимость длины модели от угла атаки
Продолжение таблицы 2.2
На основе полученных данных принимаем, что рабочая часть будет представлять из себя цилиндр круглого сечения, с внутренним диаметром 517 [мм], длиной 1500 [мм]. Приведенные оценки размеров моделей нужно рассматривать только в качестве ориентировочных, так как действительные размеры зависят от конкретных условий испытаний, от выбора моделируемых характеристик и других факторов. 2.2 Рабочая часть Предназначена для размещения испытываемых моделей и измерительных приборов, а также для получения необходимой степени разрежения на срезе сопла. Рабочая часть представляет собой цилиндр диаметром 517 [мм], длиной 1500 [мм] и состоит из двух отсеков, которые могут быть легко расстыкованы для облегчения доступа к модели. Внутренний объем рабочей части 315 [дм3]. Основным рабочим состоянием является разрежение в рабочей части до 0,001[МПа]. В боковых стенках отсеков рабочей части сделаны 4 однотипных оптических окна для визуализации обтекания. Диаметр окна «в свету» равен 230 [мм]. Расчет на прочность опертого по периметру круглого стекла выполним в соответствии с формулой:  . (2.6)Здесь  - толщина стекла, см;  =0,099 [МПа] - перепад давления на стекле;  =23 [см] - диаметр стекла «в свету»;  , где  =0,24 - коэффициент Пуассона;  =45 [кг/см2] - допустимое напряжение.Тогда  [м]. (2.7)Так как при течении газа в форкамере и сопле потери на трение пренебрежимо малы, а теплообмен через стенки ничтожен, то такое течение можно рассматривать как изэнтропическое. В соответствии с этим температуру потока на срезе сопла определим по следующей зависимости:  , (2.8)где  =1,139 - показатель адиабаты для фреона-14; - температура фреона-14 в форкамере; - относительная скорость.Тогда, принимая температуру фреона-14 в форкамере равной =293 [К], определим температуру газа на выходе сопла для =2,8: , 189,63 [К].Данные расчета для других чисел Маха сведем в таблицу 2.3. Таблица 2.3 – Данные расчета температуры газа в рабочей части установки
Как видно из таблицы 2.3, с ростом числа Маха, температура в рабочей части установки опускается намного ниже температуры конденсации фреона-14  =145 [К]. Это требует нагрева газа в форкамере установки до таких значений температуры, при которых будет отсутствовать конденсация фреона в рабочей части. Эмпирическая зависимость минимальной температуры газа в форкамере от температуры конденсации имеет вид: | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
, град
, м
