СУЩНОСТЬ
Явление, при котором осевая составляющая распространения закрученного течения из сопла меняет своё направление в пространстве за счёт специальной сопловой лопатки. Сопло в этом случае остаётся неподвижным.
Рис. № 11.1 Прецессия вихревого потока.
Изменение геометрических размеров и место установки сопловой лопатки на выходе сопла (вращательное и возвратно-поступательное движение сопловой лопатки вокруг и вдоль сопла) меняет прецессирующий угол и скорость прецессии без изменения положение сопла.
ОПИСАНИЕ
Поток среды закручивается в завихрителе и расширяется в пространство через сопловой аппарат (сопло). Выходной закрученный поток после среза сопла имеет спиральную структуру и внешнюю конусную форму расширения. Известно, что изменяя интенсивность крутки (угол завихрителя) и меняя угол конфузора сопла камеры, можно заметно менять структуру закрученного потока и угол расширения (конусности). Крутка оказывает влияние на поле течения: на расширение закрученного течения, его размеры, форму и интенсивность .
В любом случае, без использования каких-либо направляющих лопаток — форма расширения закрученного течения всегда останется неизменной – это осесимметричный конус с различным углом раскрытия. Осесимметричное направление всегда со направлено с осью сопла.
В классическом случае, чтобы изменить направление распространения осесимметричного конуса закрученного потока — необходимо изменять угол наклона (поворот) сопла. Ярким примером этому является водомётный поворотный движитель.
В ходе проведения экспериментов с закрученными течениями обнаружено, что выходной закрученный поток не во всех случаях направлен вдоль оси сопла при условии, что на осевую составляющую закрученного потока не воздействует какая-либо направляющая поток лопатка. Частичное экранирование радиальной составляющей закрученного течения при определённых условиях приводит к прецессии вихревого потока согласно рис. № 11.1.
Если срез сопла, например, на половине диаметра немного продлить (установить дополнительную лопатку), то картина истечения вихревого потока кардинально меняется. Боковая лопатка, как продолжение половины диаметра сопла — не является препятствием для осевой составляющей вихревого потока. Боковая лопатка экранирует расширение радиальной составляющей закрученного течения на площади самой лопатки.
Простая лопатка на срезе сопла формирует прецессию вихревого потока, значение которой проявляется при определённых условиях формирования и истечения вихревого потока.
Изменение геометрических размеров и места установки сопловой лопатки на выходе сопла меняет прецессирующий угол и скорость прецессии без изменения положение форсунки. Форсунка в этом случае — остаётся неподвижной.
Пример конструктивного исполнения сопловой лопатки показан на рис. № 11.2.
Рис. № 11.2. Сопловая лопатка.
Предположительно, прецессия возникает за счёт упругости вихревого потока. Сопловая лопатка экранирует определённый сектор закрученного потока от радиального расширения. За счёт частичного экранирования радиального расширения — в закрученном потоке проявляются радиально-тангенциальные пульсации, которые приводят к его прецессии согласно рис. № 11.1.
Прецессионный эффект вихревого потока (прецессия вихревого потока) был обнаружен в ходе проведения экспериментальных работ по исследованию вихревых течений.
ЭКСПЕРИМЕНТ
Для проведения исследования вихревых течений был изготовлен стенд, см. рис. № 11.3.
Стенд представляет собой стальную свободно вращающуюся по центру алюминиевую штангу длинной 2 метра. В качестве штанги использовалась алюминиевая труба диаметром 45 мм. С каждой стороны штанги (трубы), внутри, перед выходом (соплами) установлены статические завихрители. Сопла на половине диаметра продолжаются сопловыми лопатками, согласно рис. № 11.2. Воздушный поток подаётся от воздушного компрессора.
Рис. № 11.3. Стенд изучения вихревых течений.
В эксперименте диммером (регулятором мощности) регулировался расход воздуха от компрессора. Менялся угол установки встроенных двух завихрителей и геометрические размеры лопатки.
В ходе эксперимента проводилось окрашивание воздушных закрученных течений для целей визуализации различных эффектов.
РЕЗУЛЬТАТЫ
- Некоторые результаты ОКР опубликованы на Ю-туб канале:
— https://www.youtube.com/watch?v=HbOLNKhV9C8&t=24s
— https://www.youtube.com/watch?v=W-8C9E8ys-M&t=43s
- Сопловая лопатка меняет угол течения закрученного потока, которое приводит к формированию не скомпенсированной тангенциальной силы тяги. Эта сила приводит во вращательное движение штангу стенда.
- Изменение геометрических размеров и место установки сопловой лопатки на выходе сопла — меняет угол и скорость прецессии, а также влияет на угол расходимости прецессирующего закрученного течения.
- Прецессия вихревого потока , см рис. № 11.4.
Рис. № 11.4. Визуализация вихревой прецессии.
ПРИМЕНЕНИЕ
- Вихревой привод винта вертолёта. Ссылка: Вихревой привод несущего винта вертолёта
- Управляемое распыление веществ без изменения положения форсунки в различных технологических процессах. Изменение геометрических размеров и места установки сопловой лопатки на выходе сопла — позволит менять угол и направление распыления различных веществ без изменения положение форсунки.
- Фильтрация и сепарация.
- Альтернативный способ создания подъёмной силы без «обязательного отбрасывания назад» чего-либо. Способ основан на формировании перепада давления внешней среды перед сопловой лопаткой и за сопловой лопаткой. Ссылка: Вихре-прецессирующий способ создания подъёмной силы