Сверхзвуковые течения в радиальном сопле

13 Сентября 2016

Авторы: Киселев Сергей Петрович, Киселев Владимир Петрович, Зайковский Виктор Нестерович (ИТПМ СО РАН)

Докладчик: Киселев Сергей Петрович (ИТПМ СО РАН), kiselev@itam.nsc.ru

Тезисы доклада "Сверхзвуковые течения в радиальном сопле"

Доклад посвящен сверхзвуковым течениям воздуха в радиальном сопле при условиях, реализуемых в методе холодного газодинамического напыления. Радиальное сопло представляло собой два соосно расположенных диска, соединенных с кольцевой форкамерой, через которую подавался воздух в пространство шириной h между дисками. Представлены результаты экспериментов и численного моделирования сверхзвуковых течений в радиальном сопле при различной ширине сопла и фиксированном выходном сечении из форкамеры. В экспериментах измерялось статическое давление на стенках сопла. Численное моделирование выполнялось в рамках SST k — omega модели турбулентности с использованием пакета FLUENT. Расчеты проводились со вторым порядком точности по пространству и времени.

Показано, что в зависимости от ширины сопла, при фиксированном входном сечении, в сопле реализуются три типа течений:

1. Если минимальное сечение находится на выходе из форкамеры, то переход через скорость звука происходит в этом сечении. В результате происходит натекание сверхзвуковой струи на внешнюю стенку сопла аналогично как на преграду.

2. Если минимальное сечение находится на входе в радиальное сопло, то переход через скорость звука происходит на входе в сопло. В этом случае в сопле реализуется течение близкое к адиабатическому, в котором происходит разгон газа до сверхзвуковой скорости. Небольшие потери полного давления происходят в косых ударных, возникающих в окрестности точки присоединения отрыва на внутренней стенке сопла, а также в псевдоскачке вблизи выхода из сопла.

3. В сопле малой ширины (h/d₀ ≤ C_fγM², d₀ - диаметр сопла) существенное влияние на течение газа оказывает вязкость. В этом случае под действием силы трения о стенки внутри сопла возникает псевдоскачок, в котором газ тормозится от сверхзвуковой до дозвуковой скорости. В работе исследована структура псевдоскачка.