ГЛАВА 2. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ОБТЕКАТЕЛЕЙ
СУДОВЫХ СИСТЕМ ПОДГОТОВКИ ТОПЛИВА
В настоящей главе приведен анализ существующих методов изучения взаимодействия ограниченного потока с обтекателями. Приведено описание основных способов экспериментального изучения данной проблемы и указаны их основные достоинства и недостатки. Рассмотрены все существующие методы теоретического решения рассмотренного класса задач.
2.1 Экспериментальные методы изучения взаимодействия
ограниченного потока с обтекателями
В современной практике конструирования при проектировании гидравлического оборудования, в большинстве случаев принято осуществлять исследовательские работы экспериментальным путем.
В настоящее время научно-исследовательский подход при рассмотрении проблемы взаимодействия конусных обтекателей с потоком, который ограничен стенками камеры смешения топлива, можно разделить на два направления.
Первое направление ? это экспериментальное изучение рассматриваемых в настоящей работе вопросов. Именно этот способ исследования наиболее часто встречается в литературе, затрагивающей проблемы движения ограниченного потока вблизи обтекателей [24, 36, 48]. В зависимости от степени технического оснащения лабораторий и сложности рассматриваемых задач наибольшее распространение в этом случае получили следующие методы измерений:
1. Метод физического эксперимента в реальном времени.
Его суть состоит в непрерывных измерениях гидромеханических параметров движущегося потока с последующим статистическим осреднением и выходом на необходимые для исследователя окончательные характеристики. Во многих случаях такой метод характеризуется наличием относительно высоких значений погрешности измеряемых величин. В основном это связано с использованием большого набора измерительной техники, а также влиянием "личностного" фактора. В подобных экспериментальных работах выбор в качестве базового того или иного параметра зачастую определяется самим исследователем без полноценного учета всех факторов, влияющих на процесс обтекания тела внутри трубы с произвольно взятой формой поперечного сечения.
При проведении экспериментальных работ обычно в качестве основных измерительных приборов используются шаровые или стержневые зонды. Но подобные средства измерения позволяют производить только приблизительную оценку основных значений гидромеханических параметров. При рассмотрении локальных характеристик исследуемых течений эти средства измерения всегда отводят исследователя от восприятия реальной картины течения. Подобную неадекватность можно объяснить тем, что вводимые в ограниченный поток зонды являются постоянными источниками локальных гидродинамических возмущений. В дальнейшем будет показано, что вне зависимости от их геометрических размеров подобные первичные датчики сами являются искусственными генераторами вихрей и дополнительными источниками нефизического по отношению к рассматриваемой картине обтекания стеснения потока. При проведении эксперимента обычно измерительный сигнал принимается отверстиями, расположенными на поверхности зонда. В этом случае, а также в случае отбора давления со стенки трубопровода или непосредственно с поверхности исследуемого тела особое внимание должно быть уделено качеству кромок приемного отверстия. Так, существует целая методика и технология подготовки острых кромок для дальнейшего использования отверстий в физическом эксперименте [71, 75].
Другим видом наиболее часто используемых датчиков являются тензорные. Однако, если их присутствие на жесткой поверхности обтекателя не вызывает особых изменений в топологии ограниченного потока, то непосредственно в подвижной области рассматриваемой среды проблема их использования аналогична вышеописанным особенностям шарового зонда.
В методе физического эксперимента для измерения возникающих в потоке вихревых структур или застойных зон часто используются механические датчики типа поворотных крыльев малых размеров. Во время проведения эксперимента их изгиб измеряется специальными тензовесами. В дальнейшем полученные показания могут соответствовать либо крутящему моменту, либо скорости потока, либо какому-то другому гидромеханическому параметру [70, 71]. Однако любой физический эксперимент обладает таким сильным недостатком, как невозможность поддерживания строго установившегося движения потока в течение всего периода наблюдения. Причем в случае измерения величины статического давления потока этот способ изучения требует от экспериментатора наличия большого исследовательского опыта [1, 36].
Главными достоинствами этого метода являются универсальность, общедоступность и простота. При использовании метода физического эксперимента в реальном времени возможно измерение как статических, так и динамических характеристик потока. На основе его использования возможно получение как локальных, так и интегральных характеристик взаимодействия ограниченного потока с телами произвольных конфигураций.
2. Метод оптического сканирования.
В основе этого метода лежит визуально-техническое фиксирование мгновенных характеристик потока. Получаемые при сканировании изображения позволяют определять только основные интегральные гидромеханические характеристики взаимодействия потока с телом (длина зоны отрыва, положение линии отрыва и т.п.). Обычными приемами которые используются в этом случае являются:
А.) Метод "парового экрана". Этот метод может быть применен для изучения характера движения газообразных сред. В нем визуализация осуществляется за счет впрыска в воздушный поток мелких водяных капель, которые в дальнейшем концентрируются вдоль вихревых поверхностей. Эти мелкие частицы воды изменяют отражательную способность паровоздушной среды, и просвечивание потока тонким и плоским лучом света позволяет получать необходимые результаты [21].
Б.) Использование шелковинок.
В.) Теневой метод ? его основные приемы аналогичны методу "парового экрана".
Г.) Газовый поддув. Обычно этот способ испол