Содержание к диссертации
Введение
ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ 9
1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР И ОБОЗРЕНИЕ ЗАДАЧ ДИССЕРТАЦИОННОЙ
РАБОТЫ
1.1. Безрасходное течение жидкости в зазоре между параллельными дисками. Автомодельное решение
1.2. Осе симметричное установившееся течение в зазоре между вращающимися дисками с заданным радиальным расходом. Асимптотическое решение 2
1.3. Методы разыскания асимптотического решения 29
1.4. Численные методы расчета 35
1.5. Течение сжимаемой жидкости 45
1.6. Экспериментальные исследования основного ламинарного течения 51
1.7. Устойчивость основного ламинарного течения 55
1.8. Цели и задачи диссертационной работы 57
2. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ, ПРЕОБРАЗОВАНИЕ И АНАЛИЗ СИСТЕМЫ
УРАВНЕНИЙ ДВИЖЕНИЯ, ЧИСЛЕННЫЙ МЕТОД РЕШЕНИЯ 59
2.1. Уравнения движения. Преобразование координат. Граничные условия 59
2.2. Параболическое приближение 6Я
2.3. Конечно-разностная аппроксимация системы уравнений движения 65
2.4. Способ задания начальных профилей скорости на входе в зазор ?0
2.5. Апробация численного метода ?3
3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ 85
3.1. Начальный участок течения на периферию в зазоре между вращающимися дисками 85
3.2. Конфузорное течение жидкости в зазоре между вращающимися дисками 9Sf
3.3. Аналитическое решение для области асимптотических характеристик потока 100
3.4. Полуаналитическое решение для асимптотической области течения "ИО
3.5. Сходимость и точность асимптотических решений, условие возникновения рециркуляционного движения ИЗ
3.6. Сопоставление расчетных и экспериментальных данных для асимптотической области течения. Эксперимент по определению функции давления І25
3.7. Влияние сжимаемости І34
4. ЯВЛЕНИЯ НЕУСТОЙЧИВОСТИ И ПЕРЕХОД К ДВИЖЕНИЮ ЖИДКОСТИ В ЗАЗОРЕ МЕЖДУ НЕПОДВИЖНЫМ И ВРАЩАЮЩИМ ДИСКАМИ 14-0
4.1. Экспериментальные установки и методики 140
4.2. Описание возможных картин движения в зазоре . Кб
4.3. Диаграмма устойчивости 153
4.4. Переход в относительно широких зазорах 459
5. ПРИКЛАДНЫЕ ЗАДАЧИ 163
5.1. Оптимизация ступеней дисковых турбомашин 163
5.2. Влияние инерции движения смазки на несущую способность жидкостных и газовых опор І72,
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 492,
ЛИТЕРАТУРА -195
- Безрасходное течение жидкости в зазоре между параллельными дисками. Автомодельное решение
- Уравнения движения. Преобразование координат. Граничные условия
- Начальный участок течения на периферию в зазоре между вращающимися дисками
- Экспериментальные установки и методики
- Оптимизация ступеней дисковых турбомашин
class1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР И ОБОЗРЕНИЕ ЗАДАЧ ДИССЕРТАЦИОННОЙ
РАБОТЫ class1
Рассмотрим задачу о стационарном осесимметричном течении жидкости в зазоре между параллельными дисками, один из которых вращается с постоянной угловой скоростью СО , а другой со скоростью Сх(х) (1 0С 1 tCL U соответствуют противоположному вращению дисков). Поместим начало цилиндрической системы координат Г ,0 ,2 (U ,lf ,14)- - составляющие скорости) в точку пересечения оси симметрии с поверхностью диска, имеющего угловую скорость 00 (рис.1.1). Цусть второй диск располагается на расстоянии л. параллельно первому, радиус обоих дисков -JJ внутренняя граница области течения располагается при Г = Д.
class2 ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ, ПРЕОБРАЗОВАНИЕ И АНАЛИЗ СИСТЕМЫ
УРАВНЕНИЙ ДВИЖЕНИЯ, ЧИСЛЕННЫЙ МЕТОД РЕШЕНИЯ class2
Уравнения движения. Преобразование координат. Граничные условия
B [ 19 ] поле скорости между вращающимся и неподвижным дисками исследовалось методом импульсного вспрыска красителя. Радиальное течение было направлено от периферии к центру. В качестве рабочего тела использовалась вода, которая подавалась в зазор равномерно по периферии, а выводилась через полый вал диска. Краситель с постоянной, но регулируемой частотой вспрыска, подавался в зазор через щели в трех точках по периферии неподвижного плексигласового диска. Шлейф красителя фотографировался, затем по известной частоте вспрыска и замеренным на фотографиях расстояниям между метками определялась скорость в отдельных точках. Радиальйую и окружную составляющие скорости автор определял по одновременным снимкам в двух направлениях. Погрешность таких измерений велика, о чем свидетельствует и разброс приведенных в [l93 данных. Однако, в качественном отношении метод визуализации дал полезные результаты. Были подтверждены тенденции, определяемые расчетами, и возможность появления обратных токов, а также описана эволюция профилей компонент скорости при движении жидкости к оси дисков. Наконец, в этой работе впервые предпринята попытка исследования устойчивости ламинарного режима течения в узком зазоре. Визуализация потока введением красителя позволяет легко измерить такую тонкую дифференциальную характеристику течения, как направление предельной линии тока на поверхности неподвижного диска. В [ 32 ] такие данные получены в интервале 6, = 0... 6,0 для Jf =4,75; 11,5; 16,6 и 21,6 методом электрохимической визуализации.
Начальный участок течения на периферию в зазоре между вращающимися дисками
В асимптотическом решении, которое можно трактовать как основное решение задачи о радиальном течении вязкой несжимаемой жидкости в зазоре между вращающимися дисками, неавтомодельность связана только с суммарным действием источника, и в общем случае оно адекватно реальным течениям на достаточном удалении от входа (выхода) в зазор. Распространение основного решения на весь зазор с целью построения эффективных методов расчета прикладных задач требует прояснения вопроса о протяженности области перестройки (развития) полей гидродинамических величин от заданных на входе до асимптотических. Эту область естественно определить как начальный участок течения. Такое определение, как отмечалось в обзоре, отличается от распространенной трактовки [32-34І начального участка как области вырождения ядра потока при однородном поле скоростей на входе в зазор.
В этом подразделе излагаются результаты численного исследования развития ламинарного течения вязкой несжимаемой жидкости в дисковом диффузоре с вращающимися стенками для большого числа существенно отличающихся профилей скорости на входе в междисковый зазор. Расчеты выполнены для трех значений отношения угловых скоростей вращения дисков.
Обратимся к рис.3.I, где сопоставлены данные, полученные в Г 341 (сплошные кривые), асимптотическое решение (точечные линии), полученное далее в 3.4, и численные результаты настоящей работы (пунктирные линии) по расчету величины составляющих скорости в срединной плоскости зазора J =0,5.
Экспериментальные установки и методики
Опыты проводились на двух экспериментальных установках, на одной из которых проводились визуальные наблюдения, а на другой использовался термоанемометр.
Установка для визуальных наблюдений представляла собой вращающуюся вокруг вертикальной оси круглую ванну, на днище которой закреплялся один из дисков (фиг.4.1). Второй (неподвижный) диск монтировался на крестообразной раме на заданном расстоянии от вращающегося. Оба диска диаметром 600 мм были изготовлены на плексигласа толщиной 12 мгл, неплоскостность каждого из них не превышала 0,1 мгл. Погрешность установки зазора и не параллельность оцениваются в 0,15 мм. Ванна заполнялась рабочей жидкостью, температура которой контролировалась термометром с ценой деления 0,1С. Приклеенный к неподвижному диску бортик предотвращал затекание жидкости на верхнюю поверхность, через которую производились непосредственные наблюдения и фоторегистрация картины течения в зазоре. На бортик со скользящей посадкой насаживался неподвижный цилиндрический обод - кожух. Высота зазора к варьировалась в диапазоне 2...19 мм, угловая скорость вращения (О изменялась плавно от 0 до 4 рад/с. В качестве рабочей жидкости при визуализации алюминиевыми чешуйками использовался авиационный керосин, при работе с краской - водопроводная вода.
Оптимизация ступеней дисковых турбомашин
Проблема определения энергетических характеристик ступеней турбомашин трения [50-54, 61, 80-85] требует решения задачи о течении вязкой жидкости между вращающимися дисками при наличии радиального расхода через зазор. Имеется ряд исследований, в основе которых лежит как аналитическое Г 83 ] , так и численное решение [50-54, 84] указанной задачи. Однако в первом случае основное решение распространяется на весь зазор. О. pntOPl , во втором на входе в ступень задаются только однородные распределения характеристик потока, то есть опять же Q pPWPl исключается возможное влияние заведомо отличных от однородных начальных распределений. Ниже излагается простой метод определения оптимальных энергетических характеристик ступеней дисковых турбомашин, построенный на основе полуаналитического решения (3.16) и оценок длины области влияния начальных распределений на входе в ступень.Вследствие того, что угловая скорость ротора турбомашини и, соответственно, У принципиально не обращаются в ноль, то оказывается более удобным при представлении результатов перейти к следующим безразмерным величинам.
Похожие диссертации на Ламинарное течение и явления неустойчивости при движении вязкой жидкости в зазоре между вращающимися дисками
