- •Введение. Предмет и прикладное значение дисциплины. Основные понятия, терминология, модели жидкости.
- •Оператор Лапласа
- •Дивергенция
- •Основные математические понятия. Ротор вектора скорости и его физический смысл в вихревом течении, теорема Стокса. Правила действий с оператором Гамильтона.
- •Термодинамические характеристики рабочего тела, параметры состояния в идеальных и реальных газах, молекулярно-кинетическое обоснование. Первый и второй законы термодинамики. Изменение энтропии.
- •Основные понятия механики жидкости и газа: плотность и сплошность среды, основные определения, виды жидкостей, виды течений. Понятие о полных параметрах состояния.
- •Общее и различия в течениях жидкостей и газов, молекулярно-кинетическое обоснование.
- •Кризис течения в капельных жидкостях, запирание каналов по расходу. Меры борьбы с кавитацией.
- •Кризис течения в сжимаемых жидкостях, запирание по расходу (см. Также вопрос 28).
- •Вязкость и внутреннее трение в жидкостях и газах. Зависимость вязкости от параметров состояния.
- •Напряжения, действующие в жидкостях. Силы, вызванные вязкостью.
- •Работа, тепло и ускорение, вызванные силами вязкости. Примеры проявления составляющих вязкости, вихревой эффект.
- •Законы переноса. Виды и основные понятия пограничного слоя, условные толщины. Понятие о режимах течения и турбулентной вязкости (см. Также задачу №1).
- •Методы исследования течений сплошных сред (подходы Эйлера и Лагранжа, физическое моделирование, численное моделирование).
- •Механизмы перехода кинетической энергии в потенциальную энергию. Параметры торможения. Распределение параметров состояния по обводам обтекаемого тела (с лр).
- •Диссипация
- •Изоэнтропное торможение
- •И змерение плотности среды, подробный анализ погрешностей и вызывающих их причин.
- •Измерение статического давления в потоках. Управление чувствительностью к углу скоса потока.
- •Измерение полного давления потока. Управление чувствительностью к углу скоса потока.
- •Измерение температуры торможения.
- •Измерение скорости и направления потока.
- •Измерение расхода жидкости.
- •Основные гидродинамические понятия, свойства элементарной струйки тока, виды расхода, плотность тока. Причины различия расхода через поперечное и живое сечения канала.
- •Безразмерные скорости
- •Газодинамические функции параметров торможения и их анализ. Критические и полные параметры.
- •Консервативность законов сохранения. Уравнение неразрывности в общем виде (консервативное и неконсервативное). Частные случаи уравнения неразрывности.
- •Нестационарное одномерное уравнение неразрывности в полных и в статических параметрах. Примеры проявления нестационарности (гидроудар, помпаж и пр.).
- •Газодинамическая форма уравнения неразрывности. Газодинамические функции расхода.
- •Анализ формулы расхода. Запирание каналов по расходу (см. Также уравнение Гюгонио и вопрос 8). Воздействия, способные вызвать запирание каналов по расходу.
- •Силы, действующие в жидкости. Уравнения движения в форме Эйлера и Навье – Стокса.
- •Частные случаи уравнения Эйлера: радиальное равновесие, универсальный закон изменения окружной составляющей скорости.
- •Частные случаи уравнения Эйлера: относительное равновесие, решение уравнения Эйлера для равномерно ускоряющегося сосуда, вращающегося сосуда.
- •Частные решения уравнения Навье–Стокса для ламинарного режима: течение Куэтта и его виды.
- •Уравнение движения в форме Громеки–Лемба и интеграл Коши–Лагранжа. Энергетическая форма Крокко. Условия постоянства полной энтальпии.
- •Интеграл Бернулли, условия постоянства полной механической энергии. Анализ уравнения Бернулли.
- •Уравнение количеств движения (первое уравнение Эйлера) в общем виде. Тензор импульса и его компоненты. Неконсервативная форма для расчета силового взаимодействия потока и обтекаемых тел.
- •Уравнение энергии для идеального и реального энергоизолированного течения, политропический интеграл, t-s – диаграммы процессов ускорения/торможения
- •Анализ формулы работы, примеры управления работой расширения/сжатия, кпд процессов расширения/сжатия. Коэффициент теплового сопротивления, коэффициент возврата тепла.
- •Изоэнтропный и адиабатный потоки. Работа и кпд турбомашин, t-s диаграммы.
- •Характеристики потерь и их взаимосвязь. Особенности гидродинамической трактовки коэффициента потерь кинетической энергии.
- •Потери энергии в канале постоянного сечения (трубе) для капельных и сжимаемых жидкостей. Основные виды местных сопротивлений – конфузор и внезапное сжатие, диффузор и внезапное расширение.
- •Потери при повороте потока, вторичные течения. Параметры поворота, определяющие величину составляющих потерь при повороте.
- •Уравнение обращения воздействий. Краткий анализ воздействий, виды дроссселирования течений (виды кризиса течения). Необходимость комплексных воздействий на поток в турбомашинах.
- •Воздействие трения, его анализ и расчет, гдф трения.
- •Тепловое воздействие, его анализ и расчет. Тепловой кризис, проявление в основных и форсажных камерах сгорания.
- •Параболические, эллиптические и гиперболические уравнения. Понятие о характеристических линиях и поверхностях. Простые волны Римана, примеры волн Римана. Понятие о волне Прандтля – Майера.
- •Распространение слабых возмущений в упругой среде. Виды и свойства характеристик. Простые двумерные волны и их источники. Механизм пересечения стационарных характеристик.
- •Расчетная схема течения Прандтля–Майера. Расчет скорости, углов отклонения потока и раскрытия волны, радиус–вектора линии тока. Предельные угол поворота потока и угол раскрытия волны.
- •Динамическое соотношение на поверхностях нормального разрыва. Ударная адиабата Гюгонио. Системы скачков уплотнения, их реализация в сверхзвуковых входных устройствах.
- •Расчет скачков уплотнения.
- •Расчет угла фронта косых скачков уплотнения. Предельный угол поворота и возникновение отсоединенных криволинейных скачков уплотнения.
- •Отражение характеристик разряжения и волн разряжения от твердой стенки и границы свободной струи.
- •О тражение волн сжатия и скачков уплотнения от твердой стенки. Правильное и Маховское отражение от плоской твердой стенки.
- •Отражение волн сжатия и скачков уплотнения от границы свободной струи.
- •Режимы истечения из сопла Лаваля. Диаграмма режимов истечения. Использование обращенного сопла Лаваля на режиме глубокого перерасширения для сверхзвуковых входных устройств.
Измерение температуры торможения.
Спай термопары, помещенный просто в поток будет показывать меньшее значение температуры из-за теплопроводности потока (происходит унос тепла). Для предотвращения этого спай помещают в непроточный дефлектор.
Процессы передачи тепла медленные и при изменении температуры внутри дефлектора, температура спая будет меняться в течение нескольких секунд. Во избежание этого возвращаются к проточному дефлектору, на уровне легкой вентиляции.
Измерение скорости и направления потока.
На малых скоростях применяется только прямое измерение скорости, на больших – косвенное.
Прямое измерение скорости – при помощи датчиков вращения под действием набегающего потока:
Анемометров, которые располагаются вдоль потока. Под чашками создается разряжение, благодаря которому возникает крутящий момент. При размещении анемометра поперек потока на нижней чашке возникает сопротивление давлению большее, чем сопротивление отрыва потока, возникает крутящий момент. Для равномерности вращения количество чашек делают нечетным, с минимальным диаметром 10 см.
Достоинства анемометров: независимость от скорости потока, простота конструкции.
Недостатки анемометров: точечный замер (только для больших потоков), использование только на открытом пространстве, неравномерность вращения.
Флюгер – более компактный прибор, размеры обратно пропорциональны количеству и размерам лопастей. При коротких лопастях влияет индукционное сопротивлении, возникающее из-за перетекания потока из области повышенного в область пониженного давления. Методы борьбы: геометрия крыла, уменьшение толщины профиля, законцовки крыла.
Турбинный датчик – разновидность флюгера с цилиндром вокруг лопастей, предотвращающим перетекание в область пониженного давления. Применяется вместе с флюгерами для автоматической ориентации в потоке. Могут применятся для измерения расхода капельных жидкостей и газов, в гидросистемах.
Ротаметр – прибор для прямого измерения скорости потока, использующий тарированную шкалу для измерения подъема шарика, на который действует струя набегающего потока. Так как скорость обтекания шарика всегда постоянна, показания шкалы зависят только от скорости потока. В зависимости от тарировки шкалы прибор измеряет скорость или объемный расход. С течением времени характеристики прибора меняются, поэтому на практике шкалу прибора просто нумеруют, а к технической документации прикладывают тарировочный график, обновляемый по мере износа прибора.
Косвенное измерение скорости. Прямым измерением получают статическое и полное давление, а скорость потока вычисляют по формуле, для несжимаемого потока:
поправочный коэффициент; постоянная плотность.
Для сжимаемого потока:
При небольших скоростях и высотах полета сжимаемых потоков изменение температуры небольшое (6,50 на 1 км), поэтому не учитывается, поэтому возможно измерение скорости потока при помощи трубки Пито.
При больших скоростях необходимо учитывать температуру потока.
Трубка Вентури – дросселирующее устройство, замер скорости по перепаду статических давлений. Состоит из сужающегося и расширяющегося участков трубы, давление отбирается из входного и среднего сечений. Расширяющийся участок трубки необходим для плавного повышения давления до атмосферного после узкого сечения. Концевое сечение при скоростях больше 150 должно быть больше начального для компенсации ускорения за счет трения и нагрева при движении потока от среднего сечения к концевому.
Диафрагмы (мерные шайбы) – создают газовую или гидравлическую труду Вентури. При этом перед мерной шайбой замеряется полное давление, за ней – статическое. Мерную шайбу устанавливают на прямом участке трубы. Струя под действием сил инерции сужается больше, чем диаметр отверстия; вихреобразование приводит к уменьшению статического давления. Для компенсации этих эффектов вводят поправочные коэффициенты: коэффициент сжатия струи и коэффициент потерь , произведение которых равно коэффициенту расхода мерного устройства . Недостатки: большие потери на сопротивление, применение только при малых скоростях потока.
Мерное сопло – более удобообтекаемое мерное устройство, чем диафрагма. Принцип тот же, но вместо шайбы используется участок сопла. Интенсивность вихрей и уровень потерь меньше, , измерение более стабильное. Применяются как расходомеры. Для измерения скорости не применяются в коротких и широких каналах, так как измеренная скорость является среднеинтегральной.
В широких каналах скорости измеряются точечно по всей длине канала при помощи трубок Пито или аналогичных устройств.
Направление потока узнают при помощи высокочувствительных датчиков, фиксирующих разность давлений в двух трубках с косым срезом в 300. Изменение направления приведет к изменению давления в обоих трубках. При совмещении этого датчика с трубкой измерения полного давления, датчику не потребуется ориентация по потоку, так как направление потока будет фиксироваться. Скорость и давление при этом определяют по тарировочным графикам. Для исключения завихрений и чувствительности к скосу потока трубки направления объединяют в кольцо вокруг трубки полного давления.