Испытаниям подвергались диафрагмы с прямоугольной кромкой на входе. Такая конфигурация входа характерна для дроссельных окон проточных золотников гидроусилителей разных турбостроительных заводов. Кроме того, испытывались диафрагмы с конфигурацией входа, которая либо уменьшает, либо увеличивает коэффициент сопротивления входа, связанный, как предполагалось, с величиной пульсации давления, возникающей за диафрагмой. Конфигурация выбиралась на основе данных И.Е. Идельчика [61] с учётом эффективности влияния параметра конфигурации входа диафрагмы на величину коэффициента сопротивления входа см. табл. 4.1).
Рис. 4.10. Зависимость амплитуды пульсации давления от напорного давления в прямом трубопроводе между двумя диафрагмами (тип диафрагмы здесь и на рис. 4.11...4.14, 4.16 и 4.17 обозначен тем же номером, что и в табл. 4.1): a) L/d = 24 , б) L/d = 104
При этом, как уже отмечалось, учитывалась технологичность их изготовления в реальных гидроусилителях.
На рис. 4.10 и 4.11 представлены результаты испытаний пяти типов диафрагм, отличающихся друг от друга организацией входа жидкости.
Рис. 4.11. Распределение амплитуды пульсации давления по длине прямого трубопровода между диафрагмами при р0=2,0 МПа. Здесь и на рис. 4.12...4.14, 4.17 и 4.19 аббревиатурами д. №1, д. №2 и т. д. указано положение датчиков давления в соответствии со схемой на рис. 4.1
Из рассмотрения этих графиков следует:
- из пяти типов диафрагм только для одного - с прямоугольной кромкой на входе (I1) -характерен режим нестабильного течения при р0 - 0,8... 1,0 МПа (рис. 4.10) с резким увеличением на этом режиме величины пульсации (23 кПа против 3... 13 кПа на всех остальных режимах);
- диафрагма типа 11 вызывает пульсацию давления, уровень которой примерно одинаков вдоль трубы (рис. 4.11);
- три типа диафрагм с организацией плавного входа (типы 3, 4, 5) не имеют в исследуемой зоне чисел (Re=2000...6000) режима с нестабильным течением (рис. 4.11), что совпадает с результатами исследований Б.Н. Сиова [62];
- три типа диафрагм с организацией плавного входа (типы 3, 4, 5) вызывают повышенную пульсацию за первой диафрагмой с максимумом р'= 9... 13 кПа на расстоянии L = 24. Далее вдоль трубы пульсация резко убывает до значения 3...5 кПа (L =104), а затем снижается до значения 1... .4кПа (390);
- диафрагме типа 211 присущи свойства как диафрагмы с прямоугольной кромкой на входе (тип I1)- примерно одинаковый уровень пульсации вдоль трубы, так и диафрагм с организацией плавного входа (типы 3, 4, 5) - отсутствует режим с нестабильным течением;
- для диафрагм с прямоугольной входной кромкой (типы I1, 211, 5) характерна значительная доля пульсации, мало изменяющаяся по длине трубы.
Полученные результаты анализировались в сравнении с результатами известных исследований структуры турбулентных затопленных струй. Проведённые различными авторами исследования структуры турбулентных струй и потоков [42,44, 46, 47] дают сходные между собой картины распределения пульсации скорости и давления вдоль струи (канала). Сравнив графики на рис. 1.7 с кривыми распределения вдоль трубы пульсации давления в шайбах при организации плавного входа (рис. 4.11, диафрагмы типов 3, 4, 5), можно заключить, что эти зависимости схожи между собой. Все эти кривые характеризуются наличием максимума пульсации на расстоянии L = 5...20 от начала струи.
Возвращаясь вновь к рассмотрению формулы И.К. Ротта (см. п. 1.4), можно отметить, что пульсация давления зависит от двух слагаемых: первое пропорционально dU/dy, а второе зависит от взаимодействия различных компонентов пульсационной скорости и обратно пропорционально расстоянию от точки, где измеряется скорость и её компоненты.
Напомним, что при проведении настоящих опытов режим Течения в трубе был ламинарным (Ле = 200...800). Это значит, что отсутствовал вклад в общую пульсацию давления той донн пульсации давления, которая зависит от пульсации скорости в трубе из-за собственной турбулентности [45, 46]. Отмеченное выше позволило сделать следующий вывод: если картина пульсации давления имеет ярко выраженный максимум за первой диафрагмой (рис. 4.11), то такая пульсация генерируется распадающейся затопленной струёй. Как видно из графиков (рис. 4.11, диафрагмы типов 3, 4, 5), пульсация эта убывает по мере удаления от источника генерации.
Для шайб с прямоугольной входной кромкой (рис. 4.5, диафрагмы типа 2), у которых отсутствует плавный вход, наблюдается неизменная вдоль трубы пульсация. Это свидетельствует о значительном вкладе в общую пульсацию давления той доли, которая связана с пульсацией расхода жидкости, вытекающей из диафрагмы.
Если исходить из того, что при Re = 2000...4000
. Это величина того же порядка, что и значение Δν/ν, полученное по замеру пульсации.
Итак, можно полагать, что пульсирует значение расхода вытекающей из диафрагмы жидкости. Такое объяснение наличия доли пульсации с примерно постоянной вдоль трубы амплитудой также подтверждается
- исчезновением пульсации при установке на входе (и на выходе) диафрагмы с плавным входом (типы 3, 4), где отсутствует это вихреобразование, т. е. имеется кольцевая полость (рис. 4.11);
- отсутствием пульсации такого типа, когда на входе про точной линии стоит диафрагма с плавным входом (тип 4), а на выходе из проточной линии - диафрагма с прямоугольным входом типа I1 (рис. 4.12).
Рис. 4.12. Распределение амплитуды пульсации давления по длине трубопровода, при установке диафрагмы типа 4 на входе, и диафрагмы типа I на выходе( р0 =2,0 МПа)
Если предположить, что пульсирует значение расхода втекающей в диафрагму жидкости (Qo=var), то диафрагма с прямоугольным входом должна вызвать пульсацию с постоянным вдоль трубы значением амплитуды в любом случае: как при установке её на входе, так и при установке её на выходе проточной линии.
Как отмечает И.Е. Идельчик [61], малый коэффициент сопротивления может быть достигнут при установке перед входом в отверстие кольцевого уступа, охватывающего отверстие (диафрагмы типа 5, см. табл. 4.1 и рис. 4.5). Возникающий в срывной области вихрь способствует плавному, безотрывному втеканию потока; в результате сопротивление входа значительно снижается.
Как показывают результаты испытаний диафрагмы типа 5 (рис. 4.11), пульсация давления на расстоянии
по сравнению с пульсацией за диафрагмой типа 1 падает, но остаётся выше, чем за диафрагмами типов 3 и 4. Можно предположить, что сам кольцевой вихрь в уступе является источником этой пульсации.
Итак, на режимах устойчивого течения можно отметить пульсацию давления:
- локальную, источником которой является распадающаяся затопленная струя;
- общую по длине трубы, возникающую из-за пульсации расхода вытекающей из входной диафрагмы жидкости.
Это подтверждается также опытами по определению влияния спрямляющей решётки, установленной за входной (№ 1) диафрагмой (см. п. 4.5).
