Вращательной составляющей

Как доказывается возможность представления скорости плоского движения твердого тела в виде суммы поступательной и вращательной скоростей?

В обоих случаях, разделенных знаком равенства, полная скорость любой точки вдоль прямой АВ, равная сумме поступательной и вращательной скоростей, одна и та же

На рис. 2.10 представлены радиальные профили осевой и вращательной скоростей закрученного потока в цилиндрическом канале, полученные при различных геометрических характеристиках лопаточных завихрителей для

Максимальные значения осевой и вращательной скоростей при использовании в качестве масштаба среднерасходной скорости в канале автомодельны по числу Рейнольдса и определяются из уравнений (рис. 2.15,2.16)

При слабой закрутке потока (завихритель с v>H =^ 15° и п=3) радиальное распределение осевой и вращательной скоростей практически не изменяется по сравнению с недиафрагмированным каналом. При значительной закрутке потока диафрагмирование вызывает. существенное изменение полей скоростей.

Наибольший уровень пульсаций имеет место в центральной части цилиндрического канала, где возникает^обширная зона обратных течений. Возрастание е^ в областит > 0,4 (F = г*/Д*,'.Д„ — внутренний радиус цилиндрического канала) обусловлено значительными градиентами радиальной и вращательной скоростей в периферийной области канала.

2. Закон начальной закрутки потока оказывает сильное влияние на характер распределения осевой и вращательной скоростей в минимальном сечении сопла.

На рис. 5.12 приведены результаты расчета по уравнениям (5.21) осевой и вращательной скоростей по длине расширяющегося канала. Характерной особенностью расширяющихся закрученных потоков является образование зоны "разрушения" вихря определяемой условием iKO [ 3] . Профиль осевой скорости при этом становится вогнутым. Изменяя границу поверхности по определенному закону, можно получить разнообразную форму области "разрушения" вихря [3] , но при всех условиях ее передние и задние контуры являются "тупыми".

При соизмеримых величинах осевой и вращательной скоростей уравнения (5.22), (5.23), строго, говоря, неприменимы [ 48] . Это обусловлено взаимодействием осевого и вращательного течений и пространственным характером течения по всему сечению канала. Поскольку в этом случае векторы скорости и напряжения трения не совпадают по направлению, то вводятся в рассмотрение две гипотезы, характеризующие турбулентные касательные напряжения по величине и по направлению. Допуская, что линия действия суммарного касательного напряжения совпадает с, направлением результирующего градиента скорости и считая, что коэффициент турбулентной вязкости является скалярной величиной [ 48] , можно получить обобщенные формулы теории пути перемешивания для пространственного закрученного потока

Рнс. 1. Схема циклонной камеры и характерные графики осевой и вращательной скоростей

Центробежные силы, возникающие в закрученном потоке вследствие появления вращательной составляющей скорости, оттесняют поток к стенке канала, что приводит к изменениям в распределении осевой скорости: в периферийной зоне эта скорость увеличивается, а в приосевой — уменьшается. Перестройка профиля осевой скорости по длине вследствие уменьшения интенсивности закрутки и геометрических особенностей продольного сечения канала приводит к появлению радиальной составляющей скорости, которая в некоторых случаях соизмерима с осевой и вращательной (в соплах, каналах переменного сечения) . Характерной особенностью закрученных потоков является радиальный градиент статического давления.

Закрутка потока на входе в канал приводит к появлению вращательной составляющей скорости потока и формированию

Отличительной чертой внутреннего закрученного течения является значительный радиальный градиент статического давления (рис. 2.8,6), что связано с появлением вращательной составляющей скорости. При значительной закрутке потока существуют области положительного и отрицательного избыточного давления и отмечается существенный перепад давления между стенкой канала и его осью. На' большей части канала за исключением пристеночной области выполняется уравнение радиального равновесия

Изменение осевой и вращательной составляющей скорости потока по длине канала при различных значениях параметра вдува для одного из завихрителей показано на рис. 3.10 и 3.11.

Благодаря вращательной составляющей скорости и увеличению осевой скорости в пристенной области увеличивается градиент скорости около поверхности, увеличивается неоднородность скоростных полей, заметной становится радиальная составляющая скорости. Дополнительная энергия затрачивается на образование замкнутых циркуляционных течений в приосевой области (если они имеются) , а также на создание вихрей Тейлора ^* Гё'ртлера около поверхности стенки. Возрастает и энергия турбулентных пульсаций.

Закрутка потока в каналах способствует повышению интенсивности теплоотдачи по ряду причин: за счет увеличения скорости потока относительно поверхности канала, появления вращательной составляющей, повышения уровня турбулентности в потоке и возникновения вихрей Тейлора- Тёртлера в непосредственной близости от поверхности теплообмена.

При построении линии 2 учтено, что действительная осевая скорость больше среднерасходной и равна ш*. Линия 3 построена с учетом увеличения скорости потока за счет вращательной составляющей, которая определена вблизи поверхности теплообмена по геометрическому углу закрутки <рн.

Аналогичные выводы следуют из анализа результатов исследования массообмена. На рис. 9.12 показано изменение относительной функции массообменаёМ?, [см. формулу (8.6)] по углу закрутки <ря (линия 1), найденное опытным путем при испарении пленки воды с внутренней поверхности трубы в закрученный поток. Линия 3 построена с помощью формулы (8.5) с учетом того, что в закрученном потоке осевая скорость в пристенной области существенно больше среднерасходной, а линия 2 — с учетом того, что в закрученном потоке скорость газа в пристенной области возрастает не только за счет осевой, но и за счет вращательной составляющей скорости. Сравнение опытных и расчетных данных показывает, что увеличение интенсивности массоотдачи в закрученном потоке обусловлено не только увеличением скорости газа в пристенной области, но и повышенной интенсивностью турбулентности и макровихревыми течениями.

циент вращательной составляющей ша-

Рис. 2. Распределение вращательной составляющей скорости по сечениям аксиального циклона (A=ilO; 80; 60%; шц = ='140 м/сек; Li=il8%).

Вращательные составляющие скорости характеризовались более высоким по сравнению с аксиальной камерой коэффициентом сохранения скорости (е до 50% против 20—25%), причем сравнивается, как это принято рядом авторов, значение вращательной составляющей скорости вблизи стенки циклона в сечении на обрезе выходного сопла в циклоне. Повышение значения е объясняется следующими причинами [Л. 5, 6]. Во-первых, увеличение относительной площади входа благодаря снижению скорости вторичного воздуха вызывает увеличение е на 10—15%!. Во-вторых, отсутствие аксиальной подачи первичного воздуха увеличивает г на 3—5%'. И, наконец, влияние начального участка распространяется на всю длину циклона. Даже под соплами наблюдалось уменьшение градиента падения скорости, а в ряде случаев — некоторое увеличение скорости у стенки циклона.