Торможение сверхзвукового потока в осесимметричном канале переменной формы

Рассматривается задача о влиянии противодавления на структуру сверхзвукового потока в расширяющемся осесимметричном канале при его торможении. Прикладная направленность задачи определяется выбором рациональных параметров проточной части прямоточных воздушно-реактивных двигателей. Результаты получены...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2014
Hauptverfasser:	Тимошенко, В.И., Галинский, В.П.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Інститут технічної механіки НАН України і НКА України 2014
Schriftenreihe:	Техническая механика
Online Zugang:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/88460
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Торможение сверхзвукового потока в осесимметричном канале переменной формы / В.И. Тимошенко, В.П. Галинский // Техническая механика. — 2014. — № 1. — С. 11-15. — Бібліогр.: 6 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-88460
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-884602025-02-09T15:20:09Z Торможение сверхзвукового потока в осесимметричном канале переменной формы Тимошенко, В.И. Галинский, В.П. Рассматривается задача о влиянии противодавления на структуру сверхзвукового потока в расширяющемся осесимметричном канале при его торможении. Прикладная направленность задачи определяется выбором рациональных параметров проточной части прямоточных воздушно-реактивных двигателей. Результаты получены на основе численного решения двумерной осесимметричной системы уравнений Навье–Стокса. Проиллюстрирована последовательная перестройка структуры течения в составном канале (цилиндр – расширяющийся конус – цилиндр) при увеличении противодавления. При определенных значениях противодавления в расширяющемся коническом участке формируется пристеночная зона рециркуляционного течения и течение в составном канале становится подобным течению через цилиндрический канал при нулевом трении. Розглядається задача про вплив протитиску на структуру надзвукового потоку, що розширюється в вісесиметричному каналі при його гальмуванні. Прикладна спрямованість задачи обумовлюється вибором раціональних параметрів проточної частини прямоточних повітряно-реактивних двигунів. Результати отримані на основі чисельного розв’язання двовимірної вісесиметричної системи рівнянь Нав’є–Стокса. Проілюстровано послідовну перебудову структури течії в складеному каналі (циліндр – конус, що розширюється – циліндр) при збільшенні протитиску. При певних значеннях протитиску в конічній ділянці, що розширюється, формується пристінна зона рециркуляційної течії і течія у складеному каналі стає подібною до течії через циліндричний канал при нульовому терті. The problem of the effects of the backpressure on the supersonic flow pattern through divergent axisymmetric channel in its deceleration is examined. The applied directivity of the problem is characterized by selecting rational parameters of a passage of ramjets. The results are obtained on a basis of a numerical solution of the 2D system of the Navier-Stocks equations. The subsequent reconstruction of the flow pattern through constitutive channel (cylinder- divergent cone-cylinder) with an increased backpressure is illustrated. The near-wall zone of a recirculation flow is formed in certain values of the backpressure at a divergent conic section, and the flow through constitutive channel is similar to the flow through cylinder channel with zero friction. Работа выполнена в рамках проекта № 06-01-12(У)/12-01090416(Р) НАН Украины и РФФИ. 2014 Article Торможение сверхзвукового потока в осесимметричном канале переменной формы / В.И. Тимошенко, В.П. Галинский // Техническая механика. — 2014. — № 1. — С. 11-15. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 1561-9184 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/88460 533.6.011 ru Техническая механика application/pdf Інститут технічної механіки НАН України і НКА України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
description	Рассматривается задача о влиянии противодавления на структуру сверхзвукового потока в расширяющемся осесимметричном канале при его торможении. Прикладная направленность задачи определяется выбором рациональных параметров проточной части прямоточных воздушно-реактивных двигателей. Результаты получены на основе численного решения двумерной осесимметричной системы уравнений Навье–Стокса. Проиллюстрирована последовательная перестройка структуры течения в составном канале (цилиндр – расширяющийся конус – цилиндр) при увеличении противодавления. При определенных значениях противодавления в расширяющемся коническом участке формируется пристеночная зона рециркуляционного течения и течение в составном канале становится подобным течению через цилиндрический канал при нулевом трении.
format	Article
author	Тимошенко, В.И. Галинский, В.П.
spellingShingle	Тимошенко, В.И. Галинский, В.П. Торможение сверхзвукового потока в осесимметричном канале переменной формы Техническая механика
author_facet	Тимошенко, В.И. Галинский, В.П.
author_sort	Тимошенко, В.И.
title	Торможение сверхзвукового потока в осесимметричном канале переменной формы
title_short	Торможение сверхзвукового потока в осесимметричном канале переменной формы
title_full	Торможение сверхзвукового потока в осесимметричном канале переменной формы
title_fullStr	Торможение сверхзвукового потока в осесимметричном канале переменной формы
title_full_unstemmed	Торможение сверхзвукового потока в осесимметричном канале переменной формы
title_sort	торможение сверхзвукового потока в осесимметричном канале переменной формы
publisher	Інститут технічної механіки НАН України і НКА України
publishDate	2014
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/88460
citation_txt	Торможение сверхзвукового потока в осесимметричном канале переменной формы / В.И. Тимошенко, В.П. Галинский // Техническая механика. — 2014. — № 1. — С. 11-15. — Бібліогр.: 6 назв. — рос.
series	Техническая механика
work_keys_str_mv	AT timošenkovi tormoženiesverhzvukovogopotokavosesimmetričnomkanaleperemennojformy AT galinskijvp tormoženiesverhzvukovogopotokavosesimmetričnomkanaleperemennojformy
first_indexed	2025-11-27T09:15:09Z
last_indexed	2025-11-27T09:15:09Z
_version_	1849934390322266112
fulltext	11 УДК 533.6.011 В.И. ТИМОШЕНКО, В.П. ГАЛИНСКИЙ ТОРМОЖЕНИЕ СВЕРХЗВУКОВОГО ПОТОКА В ОСЕСИММЕТРИЧНОМ КАНАЛЕ ПЕРЕМЕННОЙ ФОРМЫ Рассматривается задача о влиянии противодавления на структуру сверхзвукового потока в расши- ряющемся осесимметричном канале при его торможении. Прикладная направленность задачи определяет- ся выбором рациональных параметров проточной части прямоточных воздушно-реактивных двигателей. Результаты получены на основе численного решения двумерной осесимметричной системы уравнений Навье–Стокса. Проиллюстрирована последовательная перестройка структуры течения в составном канале (цилиндр – расширяющийся конус – цилиндр) при увеличении противодавления. При определенных зна- чениях противодавления в расширяющемся коническом участке формируется пристеночная зона рецир- куляционного течения и течение в составном канале становится подобным течению через цилиндрический канал при нулевом трении. Розглядається задача про вплив протитиску на структуру надзвукового потоку, що розширюється в вісесиметричному каналі при його гальмуванні. Прикладна спрямованість задачи обумовлюється вибором раціональних параметрів проточної частини прямоточних повітряно-реактивних двигунів. Результати отримані на основі чисельного розв’язання двовимірної вісесиметричної системи рівнянь Нав’є–Стокса. Проілюстровано послідовну перебудову структури течії в складеному каналі (циліндр – конус, що розши- рюється – циліндр) при збільшенні протитиску. При певних значеннях протитиску в конічній ділянці, що розширюється, формується пристінна зона рециркуляційної течії і течія у складеному каналі стає подіб- ною до течії через циліндричний канал при нульовому терті. The problem of the effects of the backpressure on the supersonic flow pattern through divergent axisymmet- ric channel in its deceleration is examined. The applied directivity of the problem is characterized by selecting rational parameters of a passage of ramjets. The results are obtained on a basis of a numerical solution of the 2D system of the Navier-Stocks equations. The subsequent reconstruction of the flow pattern through constitutive channel (cylinder- divergent cone-cylinder) with an increased backpressure is illustrated. The near-wall zone of a recirculation flow is formed in certain values of the backpressure at a divergent conic section, and the flow through constitutive channel is similar to the flow through cylinder channel with zero friction. Расширяющийся канал – диффузор – является неотъемлемой частью проточной части нерегулируемого прямоточного воздушно-реактивного дви- гателя (ПВРД) [1]. Его назначением является выравнивание поля потока по- сле воздухозаборника перед входом в камеру сгорания. Существенным пара- метром, влияющим на течение в диффузоре, является давление в его выход- ном сечении, которое определяется процессами в камере сгорания и может изменяться в процессе ее функционирования. Качественное описание тормо- жения сверхзвукового потока в канале переменного поперечного сечения и результаты экспериментальных исследований по влиянию противодавления на распределение давления на стенке канала приведены в [2]. Целью работы является исследование влияния давления на выходе из ка- нала (противодавления) на торможение сверхзвукового потока в этом канале на основе численного решения двумерной осесимметричной системы урав- нений Навье–Стокса [3]. Метод установления по времени [4] используется для решения системы уравнений Навье–Стокса по неявной конечно- разностной схеме Бима–Уорминга [5] с расщеплением векторов конвектив- ных потоков по Стегеру [6]. Постановка задачи. Осесимметричный канал состоит из трех последо- вательно расположенных участков: первого цилиндрического участка длиной 0,72, расширяющегося конического участка длиной 6,28 и цилиндрического участка длиной 5,25. Радиус выходного сечения канала – 1,5. Линейные раз- меры отнесены к радиусу входного сечения. Расширяющийся конический участок имеет угол полураствора 4º46'. Канал такой конфигурации использо- вался в [2] при проведении экспериментальных исследований.  В.И. Тимошенко, В.П. Галинский, 2014 Техн. механика. – 2014. – № 1. 12 Для проведения расчетов вводится расчетная сетка равномерная вдоль оси x и сгущающаяся к стенке канала по оси y .Число Маха сверхзвукового потока на входе в канал задается равным M =2. Рассматривается ламинар- ное течение при значении числа Рейнольдса Re =105. Вводится цилиндрическая система координат xOy : ось x направлена вдоль оси канала с началом во входном сечении, а ось y направлена вдоль радиуса канала. Параметры невозмущенного набегающего сверхзвукового потока зада- ются во входном сечении канала x =0. В выходном сечении канала Lx  в области дозвукового течения задается давление на выходе из канала eP , а в области сверхзвукового течения используется мягкое условие вытекания. При проведении расчетов вытекания потока из канала без противодавления условие мягкого вытекания используется и в области дозвукового течения. На оси симметрии канала задаются условия симметрии течения, а на тепло- изолированной стенке канала используется условие прилипания потока. Влияние противодавления на торможение сверхзвукового потока в канале. Для численной оценки влияния противодавления вводится коэффи- циент противодавления   outoutep PPPk  , где eP – задаваемое давление на выходе из канала, outP – осредненное давление на выходе из канала, по- лученное в расчете без противодавления при условии мягкого вытекания по- тока из канала. Продольные распределения давления (а) и коэффициента трения fC (б) на поверхности канала показаны на рис. 1. Давление отнесено к давлению торможения в набегающем потоке 0P . На этом и последующих рисунках ли- ния с номером 1 соответствует значению pk 0 (течение без противодавле- ния при условии мягкого вытекания); 2 – pk 1; 3 – pk 2; 4 – pk 3; 5 – pk 4. 0 2 4 6 8 10 0,04 0,08 0,12 0,16 0,20 X 5 4 3 2 1 P/P 0 2 4 6 8 10 -0,001 0,000 0,001 0,002 0,003 5 4 3 2 1 C f X а) б) Рис. 1 Из распределений давления видно, что возмущения, обусловленные про- тиводавлением, распространяются вверх по потоку при увеличении коэффи- циента противодавления pk . Координаты x точек начала отхода линий с номерами 2 – 5 от линии с номером 1 соответствуют границам распростране- 13 ния возмущений вверх по потоку вдоль пограничного слоя на стенке канала, обусловленных увеличением противодавления. Граница распространения возмущений тем ближе к входному сечению канала, чем выше давление на выходе из канала. Появление областей отрыва потока иллюстрируется распределениями коэффициента трения fC вдоль стенки канала. Значения 0fC реализуют- ся в областях отрыва потока вблизи стенки канала. При 0pk реализуется безотрывное течение, а при 1pk возникают области отрыва потока на стенке канала. В точке начала отрыва пограничного слоя значение fC равно нулю. Эта точка смещается вверх по потоку по мере роста параметра pk . Распределения числа Маха потока вдоль оси канала показаны на рис. 2. Очевидно, что сверхзвуковой режим течения вдоль оси канала реализуется для рассмотренных значений коэффициента противодавления pk . 0 2 4 6 8 10 2,0 2,5 3,0 5 4 3 2 1 X M Рис. 2 Влияние противодавления на поле течения в канале осесимметричной переменной формы будем иллюстрировать с использованием полей изоли- ний. На рис. 3 представлены результаты расчетов по влиянию противодавле- ния на поле безразмерного давления 0PP . Сначала в потоке формируется центрированная волна разрежения на кромке, разделяющей начальный цилиндрический и конический участки. При переходе от конического участка к конечному цилиндрическому участку формируется ударная волна. Структура течения определяется отражением и переотражением этих волн на стенке и оси канала. Точка отрыва погранично- го слоя перемещается по коническому участку стенки канала в сторону вход- ного сечения канала по мере увеличения противодавления. В окрестности точки отрыва формируется скачок уплотнения, интенсивность которого рас- тет при увеличении pk . 14 pk =1 pk =2 pk =3 pk =4 Рис. 3 pk =1 pk =2 pk =3 pk =4 Рис. 4 Влияние противодавления на поле безразмерной продольной компонен- ты скорости VVx иллюстрирует рис. 4. Увеличение давления в выходном 15 участке канала приводит к утолщению пограничного слоя с появлением зоны рециркуляционного течения в окрестности кромки, разделяющей цилиндри- ческий и конический участки. Эти зоны рециркуляционного течения иденти- фицируются на рис. 2 как области со значениями 0fC . Точка начала отрыва пограничного слоя смещается вверх по потоку по мере роста параметра pk , приводя к увеличению длины эффективного ци- линдрического участка. Увеличение противодавления влечет за собой дви- жение точки отрыва вверх по потоку, в результате чего увеличивается длина эффективного цилиндрического участка и волны сжатия смещаются вверх по потоку. При определенных значениях противодавления в расширяющемся коническом участке формируется пристеночная зона рециркуляционного те- чения и течение в составном канале становится подобным течению через ци- линдрический канал при нулевом трении. Выводы. Проиллюстрирована последовательная перестройка структуры течения в составном канале (цилиндр – расширяющийся конус – цилиндр) при увеличении противодавления. При определенных значениях противодав- ления в расширяющемся коническом участке формируется пристеночная зо- на рециркуляционного течения и течение в составном канале становится по- добным течению через цилиндрический канал при нулевом трении. Инфор- мация о влиянии противодавления на изменение структуры течения в расши- ряющемся цилиндро-коническом канале и программно методическое обеспе- чение, с помощью которого получены представленные результаты, могут быть использованы при выборе параметров проточной части ГПВРД. Работа выполнена в рамках проекта № 06-01-12(У)/12-01090416(Р) НАН Украины и РФФИ. 1. Левин В. М. Проблемы организации рабочего процесса в ПВРД / В. М. Левин // Физика горения и взрыва. – 2010. – Т. 46, № 4. – С. 45 – 55. 2. Гурылева Н. В. Исследование особенностей течений в каналах при взаимодействии возмущений с псевдоскачком / Н. В. Гурылева, М. А. Иванькин, Д. А. Лапинский, В. И. Тимошенко // Ученые записки ЦАГИ. – 2012. – Т. XLIII, № 6. – С. 40 – 54. 3. Андерсон Д. Вычислительная гидромеханика и теплообмен : В 2-х т. Т. 2 / Д. Андерсон, Дж. Таннехилл, Р. Плетчер. – М. : Мир, 1990. – 392 с. 4. Тимошенко В. И. Торможение ламинарного сверхзвукового потока в плоском канале при наличии противодавления / В. И. Тимошенко, В. П. Галинский // Техническая механика. – 2013. – № 2. – С. 56 – 63. 5. Бим Р. М. Неявная факторизованная разностная схема для уравнений Навье–Стокса сжимаемого газа / Р. М. Бим, Р. Ф. Уорминг // Ракетная техн. и космон. – 1978. – Т. 16, № 4. – С. 145 – 156. 6. Steger J. L. Flux Vector Splitting of the Inviscid Gas-dynamic Equations with Application to Finite Differ- ence Methods / J. L. Steger, R. F. Warming // Journal of Computational Physics. – 1981. – V. 40, № 2. – P. 263 – 294. Институт технической механики Получено 03.03.14, НАН Украины и ГКА Украины, в окончательном варианте 03.03.14 Днепропетровск

Торможение сверхзвукового потока в осесимметричном канале переменной формы

Institution

Ähnliche Einträge