автореферат диссертации по авиационной и ракетно-космической технике, 05.07.01, диссертация на тему:Решение обратной задачи пограничного слоя применительно к внутренним течениям

РГ8 ОД -5 А1К>

• Мс ский физико-технический институт

На правах рукописи

МОЛОЧНИКОВ Валерий Михайлович

УДК 532.526

\

РЕШЕНИЕ ОБРАТНОЙ ЗАДАЧИ ПОГРАНИЧНОГО СЛОЯ ПРИМЕНИТЕЛЬНО К ВНУТРЕННИМ ТЕЧЕНИЯМ

Специальность 05.07.01 - аэродинамика и процессы, теплоообмена летательных'аппаратов

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата; технических наук

. Москва 1993

Работа выполнена на кафедре аэрогидродинамики Казанского государственного технического университета им. А. ЕТуполева (Казанского авиационного института)

Научные руководители: доктор технических наук.

прение р Гиневсю'й А. С.,

доктор технических наук, професс > Павлов КГ.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических

наук, профессор Башкин В. А..

канд .ат технических наук Белянин Н.М.

Ведущая организация: Московский авиационныи институт им. С. Орджэникидзе • • .

Зашита диссг-'тации состоится "_" _1993г.

в часов на заседании специализированного Совета К063.91.07 при Московском физико-техническом институте по адресу: ■ 140160, г.Жуковский, Московской обл., ул. Гагарина, i6, С..ЛР.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке Московского физико-технического института. - ..,.■...■'..

... Автореферат разослан -¿иу ^г* 19дзг.

■ Ученый секретарь . •' . еяецяалиэироваыюгр Совета,

. лшг 'пат физико-математических,^ ...

я.-лук, доцент ■ ¿//-¡'л . ^^ А. И. {{иркинский

- 1 -

ОБПьЛ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

Многочисленные задачи внесшей и внутренней аэродинамики требуют учета вязких эффектов. В этом плане с практической точк" зрения наиболее приемлемым на сегодняшний день остается подход, основанный на концепции пограничного слоя. Одно из направлений, позволяющих расширить область применения прибли-.1сения погранично т слоя,, связано с развитием методов решения обратной задачи пограничного слоя. Суть обратной задачи состоит в том, что неизвестная скорость внешнего невязкого течения, определяется по заданному распределению вдоль потока одного из параметров пограничного слоя: толщины вытеснения, коэффициента поверхностного трения и т. д.

Большинство работ, выполненных в этом направлении, посвящено расчету течений с небольшими отрывными зонами, поскольку постановка обратной.задачи позволяет устранить особенность Гольдттейна, возникающую в точке отрыва-при решении прямой задачи. Однако существует достаточно обширная область инженерных приложений, не связанных с отрывом потока, где применение обратной задачи пограничного слоя позволяет получить . интересг'е и полезные с практической точки зрения результаты. .

В этой области наиболее эффективным является использова-.ие обратной•задачи применительно к течению в диффузорах и диффузорных каналах, широко применяющихся в энергетических установках различного назначения.

Особенностью течения в диффузорах является наличие положительного продольного градиента давления. Это создает условия, благоприятствующие отрыву пограничного лоя, что сопровождается резким увеличением энергетических потерь. Вероятность возникновения стрывного режима течения возрастает при проектировании диффузоров с высокими характеристиками.

Извебтно. что одним из ос зных факторов, ояределлис.х релям течения б диффузорах, является геометрия каьала. рационального изменения проходных сечений диффузорных кб>:-:.г;:се позволяет не только избежать возникновения отрыва, ко и существенно улучшить энергетические характеристики сффу^сроЕ.

В этом плане перспективным представляется способ определения геометрии диффузора, отвечающей заданному закону изме-ь-лия коэффициента поверхностного трения, а следовательно, и условию безотрывности течения.

Такой способ проектирования .сонтура диффузора может быть реализован на базе решения обратной з ачи пограничного слоя с заданным напряжением трения на стенке.

Диффузоры, в которых обеспечивается предотрывное состояние пограничного слоя, позволяют не тольк удовлетворить условию безотрывности течения, но и обеспечить максимальное восстановление давления при заданных осевых габаритах, а при одинаковых значениях степени расг:;:ения имеют "о сравнению с коническими существенно меньшие ось-вые габариты и более низкие величины внутренних потерь.

Для обеспечения широкого практического использования предотрывных диффузоров актуальны... является детальное исследование их геометрических и аэродинамических харг теристик на различных, в том числе нерасчетных, режимах эксплуатации, выработка на основе этих исследований некоторых практических рекомендаций по проектированию и использованию предотрывных диффузоров для г гргетических установок различного назначения.

Пе.чь работа

1. Разработка метода решения обратной задачи пограничного слоя с заданным напряжением трения на стенке,.

2. Решение на базе разработан. _>го метода задачи проектирования плоских и осесимметричных диффузорных каналов по заданному распределению коэффициента поверхностного трения как дм течения несжимаемой жидкости, так и для больших до^вуко-ькх скоростей потога с учетом теплообмена между газом и стен-Г-лми канала.

3. Исследование геоме' ических и аэродинамических характеристик диффузоров с предотршным состоянием пограничного

СЛОЯ, ; '

4. Экспериментальные исследования турбулентной структуры' течения предотривном диффузоре.

Научна» nol.li? на.

И'нюльгованиа переменных Крокко позволило разрелбог-.гь 1 д.-сгы'очиэ простой алгоритм регенвд обратной задачи погранич-

- 3 -

ного слоя с заданным поверхностным трением.

Решена задача проектирования начальных участков диффу-зорных каналов по заданному распределению коэффициента поверхностного трения, в том числе с учетом сжимаемости и теплообмена медду газом и стенками канала.

С использованием разработанной методики исследованы вопросы, связанные с проектированием предотрызных диффузоров. Предложен способ-формирования участка сопряжения между вход--ным сечением и нтуром диффузора, вдоль которого реализуется предотрывное состояние пограничного слоя. Показано влияние протяженности участка сопряжения и условий на входе, а также сжимаемости газа и температуры поверхности на геометрические и аэродинамические характеристики предотрывных диффузоров.

Определен характер изменения основных параметров течения в предотрывных диффузорах при их эксплуатации на нерасчетных режимах. Даны некоторые практические рекомендации по проекти-роваг":о предотрывных диффузоров. .

На основе проведенных экспериментальных исследования выявлены особенности турбулентной структуры течения в предот-рывном осесимметричном диффузоре по сравнению с коническим.

Практическая ценность работы состоит в разработке методик и- nporpat, решения задачи проектирования контура диффузоров по .заданному распределению коэффициента поверхностного трения на стенке.

Метод позволяет определить з?")н изменения проходных сечений плоских и осесимметричных диффузорных каналов, . отвечающий условию безотрывности течения как для несжимаемой жидкости, так и для ' больших дозвуковых скоростей потока с учетом теплообмена между газом и стенками канала.

Результаты численного и эксперимент-аль.^го исследования характеристик предотрывных диффузоров, а также получении? рекомендации по выбору их расчетных параметров дают есзможнссть решать вопросы практического использования дийузороь с лре-дотрывным- состоянием погранично слоя взамен конических в энергетических установках различного назначения.

Реализация результатов работы.

Некоторые результаты работы использованы при проектировании одного из изделий в Казанском К£Ц 'турбокомпрессор, о

- А -

чем имеется соответствующий акт внедрения.

Апробация результатов работы.

Основные результаты работы докладывались и обсувдались на III Всесоюзных на;' ■ 'ых чтениях, посвященных памяти академика Б. Н. Юрьева ( Москва, 1989 ,, на научном семинаре кафедры аэродинамики Куйбышевского авиационного институту И" С. П. Королева ( Куйбыаев, 1990 ); на республиканской научно-практической конференции "Использование численных методов при решении прикладных задач аэромеханики" ( Хары J, 1S90 ); на II межотраслевой научно-технической конференции "Проблемы газовой динамики двигателей и силовых установок", посвященной 60 -летию ЦИАМ ( Москва, 1990 ); на научно-техни"°ском семинаре НИИ турбокомпрессор (Казань, 1990 на семинаре "Рабочий процесс в камерах сгорания ВРД" кафь„ры 201 МАИ под руководством профессора Г. Е Абрамовича ( Москва, 1993 ); на ежегодных научно-технических конференциях Казанского авиационного института и научных семинарах кафедры аэрогидродин мки КАИ.

Публикации.

По теме диссертации опубликовано шесть работ.

Структура и объем работы.

Диссертаци состоит из введения с обзором, четырех глав, заключения, списка использованных источников ( 80 наименований ) и приложения. Общий объем работы 179 страниц, в том числе 10G страниц машинописного текста, 97 рисунков, 73 страницы приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы, даются подробный обзор литературы и классификация методов гашения обратной задачи пограничного слоя, приводится перечень нерешенных вопросов, относящихся к исследованию характеристик иредотршших диффузоров. эмулируется цель работы, ее науч-' ная новизна, излагаются основные положения, выносимые на за-П?!ТУ.

В первой главе получено решение обратной ' задачи пограничного доя неслимаемой жидкости с заданным коэффициентом . поверхностного трекия применительно внешним течениям. Для редании обратной вадащ! используются переменные Крокко, суГ-■гасно кг.мркмь кач«егве аргументов ь^ишмаотсд величины:

0с=0=/в- = и = и/ие г

( 1 )

а в качестве искомых функций - ы-ЪП/дЦ. ; у./в Здесь со и у. - продольная и поперечим координаты, и -■ продольная составляющая скорости, В - - характерный линейный размер, ие - скорость на внешней границе пограничного слоя.

С помощью преобразований Крокко система уравнений пограничного слоя дл' несжимаемой жидкости сводится к одному уравнению:

•. Эзс. ы Ъи и е2>и е '

с граничными условиями: . й = 1 : СО « О ,

( з )

0 = 0:

'0; - ( 4 )

и-о

и дополнительным соотношением, вытекающим из постановки обратной задачи: • .

' ( Б ) 1 43е •

й = о: 2со„Ое= С^(хг),

тде = \>д - Ол/иаВ; \)т/игВ; ;

Ъ, От- коэффициенты кинематической молекулярной и турбулентной вязкости."

При тагом преобразовании координат область интегрироза- , • ния сводится к прямоугольной а расчетная сетка сгусается вблизи стенки при переходе! к физическим пережиным, сСеспечи-ьая тем сачыч равномерное распределение основных чариггерис-тяк слоя по поперечной- координате. Кроме того, перемени!» .Крокко оказываются особенно удобными именно при реаенкн ой-'

ратной задачи пограничного слоя с заданным распределением поверхностного трения, поскольку дополнительное граничное усло-( 5 ) накладывается непосредственно на искомую функцию.

Численное решение обратной задачи строится при помощи метода конечных разностей с исп льзованием полностью неявной шеститочечной разностной схемы с осреднением коэффициентов в узлах расчетной сетки. Параметры пограничного слоя, в том числе скорость на его внешней границе Пе . входящая в козф-■ фициент С(е , отыскиваются при помощи итерационного процесса. В первом приближении величины сО и с(е берутся из предыдущего слоя по ос .На последующих итерациях уточняются значения сО в узлах расчетной сетки и определяется величина СЯе из совместного решения условия ( 4 ) и дополнительного соотношения ( 5 ). Процесс повторяет^., до сходимости.

В случае турбулентного режима течения уравнения пограничного слоя замыкаются при помои,, двухслойной алгебраической . модели турбулентной вязкости Ван-Дриста - Клаузег

С целью апробации предложенного метода была проведена серия тестовых расчетов. Для ламинарного поГраничногр слоя результаты расчетов сравнивались с точными решениями, а для турбулентного ре чма течения - с экспериментальными данными, взятыми из материалов международного симпозиума по расчету турбулентного пограничного слоя, проходившего в 19^8 году в ■ Стан ¿орловском университете. . Сравнение показало-удовлетворительное согласие расчетных и эксш. иментальных значений скорости на внешней границе пограничного слоя и других параметров течения.

Во г,торой главе представлен способ решения задачи г^оек-тщ ования начальных участков диффузорных каналов по заданному распределению вдоль контура коэффициента поверхностного тре-шш.

Спорость на оси диффузора ( в ядре потока ) находится по ааданному напряжению трения на стенк. при пс зщи копечно-раз-нсотюго нотода решения обратной задачи пограничного слоя, щ'до/лшюго в предмдущгй главе. Геометрические характеристики «аошди оаределаются то условия сохрш чин суммарного расхода которое в случае течения несжимаемой жидкости привод!.. -■сл к ьчду: '

П , г - ч

Уе П(1—Д~) (6)

где ие=*ие/и0 ; для плоского канала; А~-2д>Ук/ -

для "несимметричного диффузора; Д* - степень начальной неравномерности потока; И« - высота, г^ - радиус поперечного сечения канала.

Для сжимаеь ■ -о газа метод решения задачи проектирования диффузорных каналов принципиально ничем не отличается от метода, предложенного для несжимаемой жидкости. При решении обратной задачи пограничного слоя, составляющей основу метода, также используются переменные Крокко, исходные уравнения заменяются конечно-разностными соотношениями с использованием •неявной шеститочечной разностной схемы. Уравнения движения и энергии' решаются последовательно, зависимость плотности от 'темпертуры находится из уравнения .состояния газа.

Условие сохранения суммарного расхода газа, из которого определяется геометрия канала, имеет вид:

где ре—ре/р<>; ра • ро ~ плотность газа в ядре течения в заданном сечении к на входе.

Суммарный коэффициент теплопроводности, X £ вводящий в уравнение энергии для турбулентного пограничного слоя при наличии теплообмена между газом и стенками канала, определяется на основе аналогии между переносом тепла и количества движения. Зависимость молекулярного коэффициента кинематической вязкости от температуры вычисляется с испол*. .званием формулы Сатерленда. Статическое давление поперек пограничного слоя полагается постоянным. Задача реиаэтся как при заданной теютературе стенки канала, так и при известном распределении , теплового 'потока Для плоских кг игав все расчеты проводились при симметричной начальной неравномерности потока.

Результаты тестовых расчетов, проведенных для начального, участка круглой и плоской трубы, а так;г.э для плоских и конических диффузоров в широком диапазоне углов раскри?;!Я и тесел •

- 8 - ■

Рейнольдса, показали хорошую работоспособность метода. Отличие расчетного и заданного радиуса (высоты) диффузорного ка-ь~ла во всех расчетных случаях не превышала SZ .

Бее расчеты проЕ-д'^дись для турбулентного режима течения во входном сечении, однако мето,, может применяться и при ламинарном пограничном слое на входе в диффузор, когда/ч пределах начального участка происходит переход к турбулентному режиму течения. Для этого случая наблюдается хорошее- соответствие результатов решения обратной задачи и данных, полученных при помо15ц прямой задачи расчета диффузорных каналов.

На примере диффузоров с нулевым продольным градиентом давления показана удовлетворительная работоспособность метода . для течения снимаемого газа при наличии теплообмена между га- , зом и стенками канала. Расчеты провинились в диапазоне чисел К!аха М,- 0.5 4- 0.9 и при температуре стенки Tw - Tw/ Те - 0.2 •f 5.0 .

В третьей главе метод проектирования начади чх участков диффузорных каналов используется для систематических исследований характеристик диффузоров с предотрывным состоянием nor-' раничного слоя. Предлагается способ формирования участка сопряжения между в: дным сечением, в. котором напряжение трения на стенке в общем случае отлично от нуля, с участком , на ко-, тором реализуется предотрывное состояние пограничного слоя. В рамках реоенид обратной задачи формирование участка сопряжения сводится к выбору на этом учас.хе зависимости СДсс).

В настоящей работе для этой цели используется выражение:

B+d

+ , - r8)

где - значение коэффициента по-

верхностного трения во вхо; ом сечении; А^ - безразмерная '' длина участка сопряжения; В - произвольная постоянная (В?О);

А - - As I '•■'■" :

__ w ~ с,, d x Iг-г» ,. . ■ ■ ( 9 )

xa - '•эордината входного сечения.

Вибор иазисамссти коэффициента :оверхностного трения на учьстке сопряжения в фор.^.е (-0 ) позволяет обеспечить плаи^е ¡гущау.и' С.(х) для предвидь.энного'канала и участка

сопряжения, а в-сечении, Н1 лная с которого реализуется пре-дотрывное состояние пограничного слоя - 1 ), выполнить условие:.

С^ ГУ <■ 10 '

Варьируя параметр А^, можно изменять протяженность участка сопряжения, оставляя неизменным характер изменения Cj.CZ) в пределах этого участгл.

Вдоль контура, где' реализуется предотрьшное течение, вместо строгого условия ¿^С'х.) - 0, определяемого в шасси-ческой теории пограничного слоя в ка^стве тоттки ы'рыва потока, задавалось значение С.ук'х'^бС^ где дС^. - малая полохи-тельная константа. Таким образом обеспечивался некоторый "запас" по отрыву. В этак, случае выражение ( 8 ) преобразуется к виду:

й+4 _ _

(1-дС^.) + дС}... (11)

где дС,°дд/Сг, •

Соответственно изменится условие ( 10 ):

Вид зависимости на уч^тке сопряжения при изме-

нении параметра Ах приведен на рис. 1.

Расчеты показали, что предотривпые диффузоры имек ' ха- . рактернуга колоколообразную форму, наиболее интенсивнр.е нарастание плои**ди поперечило сечения происходит вблизи входного сечения, где кинетическая энергия потока выше и он способен' преодолевать значительные положительны, градиенты давления. Кривизна образующих с ростом, длины каната уменьшается ' и при приближении к сечению, в котором происходит -смыкание... пограничных слоев, форт - диффузора "ановится близкой -к конической. - > • _

Характеристики поедотрывных диффузоров при ¡.рапзтнш»» значениях параметра . Ах. 'сравниваются ¿в'^вботе «о-цнмшешымл. данными, полученными примтомвЕИ ;ре®эн2П щрикий .sa3f.au лш -ко-' ничесгах диффузоров -0.¡?Е^1йгес:я>игке1' цр Як, Р*-..

;ультаты расчетов показали, что предотрывны0 диффузоры имеют большую степень расширения, чем конические, и поз1 ляюг обеспечить большее торможение потока, а при одинаковой степени расшире ля имеют м«. ошие внутренние .потери и. существенно меньшие осевые габариты (рис.2 и 3).

....¡еньшение длины участка сопряжения (параметра Ах) при- ' водит к улучшению характеристик предотрывных диффузоров:, степень рас ¡рения при этом возрастает, с орос"^ на оси снижается, внутренние потери уменьшаются. Аналогичные результаты получены и при уменьшении степени неравномерности потока на . входе в диффузор А£ . ;

Особый интерес представляет исследование характеристик предотрывного диффузора при его эксплуатации на нерасчетных . режимах (поскольку основным недостатком таких диффузоров считается однорежимность) и сравнение результатов этих исследований с, характеристиками конических диффузоров. Оказалось, что с уменьшением стьлени начальной неравномерности потока.

по сравн, ,ию с ее расчетным значением характеристики и предотрывного, и конического диффузора улучшаются,, однако эффективность предотрывного диффузора остается выше, чем у конического ' рис. 4). Увеличение Д* по сравнению с расчетным режимом приводит к отрыву потока в пределах участка сопряжения^ ; Определение характеристик предотрывных диффузоров на нерасчетных режимах й конических диффузоров выполнялось на основе решения прямой задачи. ■

•На основании полученных чанных предлагаются некоторые рекомендации по выбору расчетных режимов при проектировании предотрывных д''*фузоров.

Предложенный метод используется также для определение влияйия сжимаемости газа и теплообмена между газом и стенками канала ь.. характеристик' предотрывных диффузоров.'

Увеличение числа Маха на входе в пределах М0- 0,5 т 0.9 приводит к росту степени расширения предотрывного диффузора, гфи этом относительные параметры потока в ядре те^ чия, в том числе скорость на оси диффузора практически не меняются. Сни-■ люние температур стенки диффузора позволяет получить большую с те нь расширения и более значительное торможение потока в ядре-течения. ' - .

0,2 0,1 0

х'0,5 ,0 2,0 А У У Г.О

У

—В >«с)=Д

го ; ^о б,о 8,о эс

Рис. 1 Из) нение козффициер-1 поверхносс ого трениа на участке сопряжения

¡у-. ?. геометрия ссееимметричяых лредотрывных :л;:фу5угрЕ>0Б: 1 - предотрывные диффузоры; 2 конические диффузоры -

Рис. 3 Потери полного давления в предотрывных и конических диффузорах. Обозначения см. на рис. г

5

0,02 0,01 О

1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 П

Рис. 4 Эффективность предотрывного диффузора на' ■ расчетном (Д*- 0.05) и нерасче'. эм (д£-- 0,003) режимах эксплуатации: 1 - предот-рьшньй диффузор, 2 - конический диффузог

Короткие предотрывные диффузоры оказываются эффективнее конических и с точки зрения величины теплово э потока на

• стенке канала в широком диапазоь значений температуры стен-

■ ки (рш 5).

В четвертой главе представлены ре ультаты предпринятых авто; м экспериментальных исследований турбулентной структуры течения в предотрывном осесимметричном диффузоре по сравнению с конич*" там. имеющим ту же степень р :пире"ия. что и предот- •

РЫВНЫЙ. '

Доведение эксперимента преследовало основные цели. ' Первая заключалась в дополнительной проверке предлагаемого метода проектирования диффузорных каналов применительно к предотрывным диффузорам. Вторая состояла в получении новых данных о турбулентной структуре течения в предотрывных и ко. нических диффузорах, которые не представляется возможным определить в рамках математической модели, положенной в основу предлагаемого расчетного метода .

Эксперт», .¡галъная установка- включала сопловое устройство и участок, круглой трубы, к которому."присоединялись исследуемые диффузоры. Воздух в экспериментальном канале приводился в движение центробежным вентилятором, • работающим на всасывание.

■ ' Параметры потока измерялись при' помощи трубки полного , налора, а,также трехниточного терыоанемоыетрического датчика :• с использованием фазоинвертирующего термоанемометра (OTA).

•Исследования,показали хорошее соответствие, расчетных и . •.экспериментальных чанных • как го скорости в ядре течения пре-■ дотрывного диффузора, так и по профилям скорости, измеренным . в.,его пяти сечениях. • Полученные по результатам эксперимента зависимости для всех сечений диффузор^, за исклю

чением области сопряжения, имеют линейный участок, что свиде-. тельств! г о прэдотрывн^ч характере"течения. Результаты измерения характеристик предотрывного диффузора на нерасчетном режиме i который обеспечивайся снижением степени, начально неравномерности потока за счет уменьшения длины г^двключек-ного участка круглой трубы, подтвердил правильность выводов,

• полученных в-щ. ,ьйуи£й главе. • . ■•

_ ' Расчетное значение числа Рейнольдса, ьычисленноу. по ско-.. рости во входном сечении диффузора к его радиусу, составляло

(/ЗЦ

2,0 4,0 6,0 8,0 СС

Рис. 5 Тепловой поток на стенке прг-отрывного .и конического диффузоров при - 0,6: 1- - преде рызный диффузор; 2 - кони'. ческий диффузор -

а оз

о,«-

; -. 2,0 иО 4 6,0 6,0 ОС гаг. б Степень, турбулентности в ядре потока . предотркзкого и конического -щффузо-роы % --- поедотртньа диффуо^р;'' .2 --конический диффузор

ШАЛ ,6

ОЛ

ол

2,0 4,0 6,0 3,0 X

Рис. 7 Интенсивность пульсаций продольной составляют .1 скорости вблизи стенки. Обозначения см. на рис. 6

0,14 Ц07

Л

I / ¿с-0- кп

—0- -о-

0 2,0 ~ 4,0 6,0 5,0 эс

Рис.8 Коэффициент вероятности возвратного те-

чения в пристег-чной области, ния см. на рис. б

Сбозначе-

X - 1.04-105 . г «

В диапазоне чисел Рейнольдса Кег- (0.48 * 1.« )-10 течение в предотрывном диффузоре о, далось близким к • автомодельное . *■•'..

Сравнение турбулентной структуры : чения в предотрывном и ко! • .еском диффузорах показало, что степень турбулентности в ядре течения предотрывного диффузора существенно ^чие, чем у кониче »го (рис.6). В обоих диффуг рах »-»ксимальная величина продольной составляющей пульсаций скорости у/и^/це , отнесенная к значению скорости на оси диффузора, наблюдается вблизи стенки, однако характер их поведения существенно отличается (рис.7).

Анализ изменения коэффициента вероятности возвратного течения У в пристеночной области, представляющего относительное время существования возвратного течения (рис. Р\ показал, что вдоль всего контура предотрывного диффузора за исключением участка сопряжения пограничный слой имеет почти п'^тоянный "г, .ас" по отрыву. Для конического диффузора вероятность возникновения отрыва увеличивается с ростом его осевых габаритов даже при умеренном значении угла раскрытия.

В заключении. сформулированы основные выводы и результаты диссер1-дионной работы, которые сводятся к следующему:

1. Разработан конечно-разностный метод решения обратной задачи пограничного, слоя с валянным поверхностным трением. Использование переменных Крокки позволило получить достаточно простой алгоритм < ределения г чзвестной скошсти на внешней границе пограничного слоя по известному . асиредегению коэффи-

' циента поверхностного трения.

2. На основе разработанного метода решена Задача проектирования начальных участков диффузорных каналов по заданному

■ закону ^ ..(¿нения коэффг'чента поверхностного трения как для течения несжимаемой жидкости, так и для больших дозвуковых скоростей потока с учетом теплообмена между газом и стенкам.

■ канала.

3. Исследованы геометрические и аэродинамические характеристики предо.,-ывных диффузоров. Показано, что предотрывные диф* эоры позволяют обеспечить большую степень расширения и бохее значительное торможение ттока, чем конические, а при

одинаковой степени расширен!... и начальной неравномерности потока предотрывные диффузоры имеют существенно меньшие осевые габариты и более низкие значения потерь полного давления.

4. Предложен способ формирования участка сопряжения канала постоянного сечения и контура предотрывк :о диффузора. Показано влияние длины этого участка на характеристики диффузора.

5. Показано, что уменьшение степени начальной неравно-грности потока увеличивает эффективность предотрывного диффузора.

6. Исследог чы характеристики пр чотрывг'х ди^узоров на нерс. четных режимах эксплуатации. Даны практические рекомендации по проектированию диффузоров с предотрывным состоянием пограничного слоя.

7. Определено влияние сжимаемости и те-то^бмена на характеристики предотрыв., х диффузоров. Показано, что при малых осевых " гбаритах . предотрывного диффузора тепловой поток на его стенке ниже, чем у конического.

8. Спроектирована экспериментальная установка и проведены исследован;:.! осесимМетричного предотрывного диффузора в-сравнении с коническим, имеющим ту же степень расшире -ч, что и предотрывныГ Шлучены данные, подтверждающие работоспособность предлагаемого метода расчета. Определены особенности турбулентной структуры течения в п* цотрывном 'и коническом диффузоре. Установлено, что степень турбулентности в ядре течения предотрывного диффузора существенно выше, чем кс чзс-кого. Показано, что предотрывный диффузор обеспечивает практически постоянный "заг-'с" по отрыву вдоль всего контура , за исключением участка сопряжения.

9. Установлено, что в исследуешь диапазоне чисел Рей-нольдса в предотрывном диффузоре наблюдается течеш-, близкое . к авто'чдельному.

По теме диссертации выполнены следующие работы:

1. Павлов Н. Г. логиков В.М. Метод последовательных приближений в 1ТНой задаче теории сжимаемого ламтирного пограничного при вдуве однородного газа // 1ШУЭ. Авпат< -онная техника. 1985. И 2. С. 35 - 46, . . ' '

2. Молочников В. М. .Павлов В. Г. Автомодельное решение уравнений несжимаемого ламинарного пограничного с; я в обратной задаче теории пограничного с. .я // Казань. 1986. 12с. Рукопись редставлена V занским авиационным институтом. Деп. в ВИНИТИ 23 апреля 1986г. N 3689-86 ДЕП.

Молочников В. М. Мэтод решения обратной задачи ламинарного пограничного слоя несжимаемой жидкости // Тезисы докл. 11 Респ. тауч. -техн. конф. "Механика t шно^роения". г. Вреж- • нев. 1987. С. 48.

4. Молочников ЕЫ. Метод решения обраи, задачи ламинарного и турбулентного пограничного слоя несжимаемой жидкости // Тезисы докл. V Всесоюзн. науч.-практ. конф. по безоп. полетов. Ленинград. 1988. С. 41.

5. Молочников В. Ы Метод проектирования безотрывных диффузоров // В сб. "Проблемы прикладное аэромеханики". Харьков. 1991. С. 87 - 90.

6. Молочников В.;. Определение аэродинамических характе-Р"":тик предот. вных диффузоров на основе решения обратной задачи пограничного слоя // ИФЖ. 1992. т. 62. N 6. С. 808 - 813.

Формат 60x84 1/16. Бумага листая Печать офсетная. Поч.л. 1,0. Усл.печ.л. 0.93, Усл.кр.-отт. 0,03. Уч.-изд.л. 0,97. Тираж 100. Заказ <23 ?

: ' Московский физико-технический институт . .140160, г. ковекий, Московской обл. ул. Гагарина, 16

РотЕШринт Казанского государственного технического - " университета им. А. II Туполева

,420111, г. Казан 1С Маркса, -10