Главная » 2014»Сентябрь»2 » Скачать Исследование запуска гиперзвуковых сопел и струй на основе модели внезапно включенного радиального источника. Станкус, Нина бесплатно
03:54
Скачать Исследование запуска гиперзвуковых сопел и струй на основе модели внезапно включенного радиального источника. Станкус, Нина бесплатно
Исследование запуска гиперзвуковых сопел и струй на основе модели внезапно включенного радиального источника
Диссертация
Автор: Станкус, Нина Владимировна
Название: Исследование запуска гиперзвуковых сопел и струй на основе модели внезапно включенного радиального источника
Справка: Станкус, Нина Владимировна. Исследование запуска гиперзвуковых сопел и струй на основе модели внезапно включенного радиального источника : диссертация кандидата физико-математических наук : 01.04.14 Новосибирск, 1984 144 c. : 61 85-1/1463
Объем: 144 стр.
Информация: Новосибирск, 1984
Содержание:
Список обозначений
Введение
Глава I НЕСТАЦИОНАРНЫЕ СВЕРХЗВУКОВЫЕ ТЕЧЕНИЯ В СОПЛАХ С ПРЯМОЛИНЕЙНЫМИ ОБРАЗУЮЩИМИ И СИЛЬНО НЕДОРАСШИРЕННЫХ СТРУЯХ (ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ)
11 Теоретические исследования
12 Численные исследования
13 Экспериментальные исследования
Глава 2 ОБЩАЯ ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ О ЗАПУСКЕ СВЕРХЗВУКОВЫХ
СОПЕЛ И СИЛЬНО НЕДОРАСШИРЕННЫХ СТРУЙ И МЕТОД РЕШЕНИЯ
21 Модель РВВСИ и ее применимость Влияние колебательной релаксации
22 Математическая постановка задачи Выбор переменных
23 Конечно-разностная схема и способ ее решения
24 Апробация метода
Глава 3 ИСТЕЧЕНИЕ СОВЕРШЕННОГО И КОЛЕБАТЕЛЬНО РЕЛАКСИ
РУПЦЕГО ГАЗА ОТ РВВСИ В ВАКУУМ
31 Разлет конечной массы
32 Течение совершенного газа
33 Автомодельные решения
34 Течение колебательно релаксируадего газа
Глава 4 ИСТЕЧЕНИЕ СОВЕРШЕННОГО И КОЛЕБАТЕЛЬНО РЕЛАКСИ
РУВДЕГО ГАЗА ОТ РВВСИ В ЗАТОПЛЕННОЕ ПРОСТРАНСТВО
41 Общая картина течения от РВВСИ
42 Приближенные законы движения характерных поверхностей разрыва
421 Начальная стадия запуска
422 Заключительная стадия запуска
43 Соотношения подобия
44 Результаты численного решения и сравнение с экспериментальными данными
441 Условия расчетов
442 Сравнительный анализ результатов
45 Течение с колебательной релаксацией
46 Течение с "излучением" в ударном слое
47 Определение времени запуска
48 Влияние противодавления на время запуска
Введение:
Объектом исследования в данной работе являются течения,возникающие при запуске плоских и осесимметричннх сверхзвуковых сопел с прямолинейными образующими и недорасширенных струй. Рассматривается истечение газа в вакуум и в среду с низким давлением. Исследуются течения совершенного газа (отношение тепло-емкостей « = соиг1 ) и течения с релаксацией колебательных степеней свободы.
Актуальность темы.В настоящее время для проведения различных физических и газодинамических исследований широко используются сверхзвуковые потоки газа в соплах и свободных струях. Здесь можно указать на многочисленные работы по релаксации внутренних степеней свободы молекул и кинетике конденсации, спектроскопии высокого разрешения, молекулярным пучкам, обтеканию тел гиперзвуковым потоком. В то же время само создание стационарных потоков газа с необходимыми свойствами часто предъявляет слишком высокие требования к экспериментальным установкам (к мощности системы откачки газа, теплостойкости элементов конструкции и т.д.). Поэтому последнее время в связи с прогрессом электронной и вычислительной техники и развитием новых методов диагностики все более широко используются импульсные установки кратковременного стационарного действия. Эти установки обеспечивают существенно более широкий диапазон параметров получаемых потоков газа и в то же время являются более экономичными.
Характерной особенностью импульсных установок является малое время работы, обычно оно составляет несколько мс, при этом время существования стационарной стадии, используемой для исследований, сопоставимо со временем формирования стационарного режима течения. В этой ситуации важно знать, как происходит процесс установления течения в сопле или струе и какова его продолжительность. Такую задачу называют задачей о запуске сопла или струи.
Изучению газодинамики запуска посвящено большое число теоретических и экспериментальных исследований. Наиболее ранние работы по запуску сопел выполнены Честером, Чиснеллом и Уитемом в 50-х годах и представляют собой приближенное описание процессов распространения ударной волны по каналу переменного сечения. Комплексное рассмотрение этой задачи - численное и экспериментальное - проведено в работах Смита и Аманна в начале 60-х годов. Асимптотические законы движения поверхностей сильного разрыва для осесимметричных струй, когда движение близко к стационарному, получены Саймонсом. Среди советских работ наибольший вклад дали работы Баженовой Т. В. и Гвоздевой Л. Г. с сотрудниками, в которых экспериментально изучался запуск сопел, и работы Набоко И. М. с сотрудниками по экспериментальному исследованию структуры импульсных струй. Большая серия экспериментальных работ по изучению газодинамики сверхзвуковых струй выполнена Масленниковым В. Г. с соавторами. Отметим также работы Британа А. Б., которые содержат экспериментальные данные и приближенные аналитические решения задачи о запуске плоского сопла. Из теоретических принципиально важными являются работы Засева В. Н. и Чекмарева С. Ф., в которых построена модель радиального внезапно включенного стационарного источника (РВВСИ) для описания процессов запуска. Численные исследования наиболее полно представлены работами Крайко А. Н. и сотрудников.
Наряду с малым временем стационарной стадии, особенностью процессов запуска является наличие релаксационных процессов.Запуск течения в струе или сопле обычно осуществляется либо путем ударного сжатия газа в форкамере, либо путем разрыва диафрагмы между камерой высокого давления и соплом.
В первом случае температура торможения газа Т0 порядка нескольких тысяч, и в колебательных степенях свободы запасена значительная часть энергии, сравнимая с энергией поступательных и вращательных степеней свободы. В то же время при расширении газа в струе или сопле режим течения может меняться от "колебательно равновесного" до "колебательно замороженного", так что в общем случае релаксационные процессы могут оказывать сильное влияние на газодинамику течения.
Во втором случае газ имеет высокую плотность, и при расширении в сопле или струе возможен процесс конденсации; по своим энергетическим характеристикам этот процесс также может сильно влиять на течение газа.
Среди работ по изучению влияния релаксационных процессов на течение газа при запуске сопел наибольший вклад внесли работы С. А. Лосева с сотрудниками. В последнее время появились расчеты нестационарных двумерных течений с учетом релаксационных процессов, выполненные группой авторов: фурсенко А. А., Жмакин А.И., Головизнин В. П.
К началу работы по теме диссертации (1975 г.) ситуация в целом была следующей. Был накоплен достаточно большой экспериментальный материал по запуску сопел и струй; имелось приближенное аналитическое описание движения ударных волн в каналах переменного сечения, справедливое для движения первичной ударной волны в начальные моменты времени; методом характеристик были проведены численные расчеты течения совершенного газа при запуске сопел; была сформулирована модель радиального внезапно включенного стационарного источника и на её основе проведены единичные расчеты течения вязкого теплопроводного совершенного газа; из приближенного рассмотрения неустановившегося течения от гиперзвукового ЕВВСИ (были получены переменные подобия для начальной стадии запуска.
Целью данной работы являлось:
1. Используя имеющийся опыт численных расчетов одномерных нестационарных течений, разработать метод расчета запуска сопел и струй с учетом релаксационных процессов.
2. Используя модель РВВСИ, провести систематические расчеты течений совершенного и колебательно релаксирующего газа для истечения газа в вакуум и в затопленное пространство.
3. Провести систематическое сравнение результатов численных расчетов с данными экспериментов по запуску сверхзвуковых сопел с прямолинейными образующими и сильно недорасширенных струй.
4. Найти представление, позволяющее обобщать экспериментальные и расчетные данные.
Метод исследования. Течение, возникающее при запуске сопел и струй, является сложным, двух- или трехмерным, нестационарным течением; еще более оно усложняется при наличии релаксационных процессов. Поэтому в полной постановке задача о запуске сопел и струй не решена и до настоящего времени.
В такой ситуации естественным является построение и использование моделей течения, учитывающих основные особенности задачи и в то же время дающих возможность практического исследования.
В данной работе все исследования выполнены на основе модели РВВСИ, разработанной Гусевым В. Н. и Чекмаревым С. Ф. Эта модель хорошо описывает течение вблизи оси сопла или струи, а именно эта область течения в основном используется для исследования релаксационных процессов; в то же время с её помощью можно провести оценки параметров течения и в других областях.
Основные результаты работы получены преимущественно численно конечно-разностным методом. В случае истечения газа в затопленное пространство с привлечением теории тонкого ударного слоя Черного Г. Г. удалось получить приближенные аналитические зависимости для движения характерных поверхностей разрыва. С помощью методов теории подобия и размерностей Седова Л. й. найдены приближенные асимптотические распределения скорости и плотности на больших временах при истечении газа в вакуум.
Диссертация состоит из введения, главы, посвященной обзору литературы, трех глав основного текста и заключения.
