4 (Техническая газодинамика Дейч М.Е), страница 14

В соответствии с этим вводится понятие эквивалентного угла раствора. Аналогичная характеристика может быть использована и для кольцевых криволинейных диффузоров. Потери в кольцевом криволинейном диффузоре возрастают с увеличением ! н с уменьшением ам» н Рис тп5. Схема (а) н коэффициенты потерь в крІволинейном коль. цевом циффузоре в зависимости от основных геометрических параметров (б, в и г).

Значительное влияние на потери оказывает форма диффузора в продольном разрезе. Вид функции )(х) определяет изменение давлений по диффузору, т. е. структуру пограничного слоя и б"'(х). Выбор рациональной функции ) (х) можно осуществить, например, путем оценки изменения б" при различных эпюрах давления. Прн этом необходимо учитывать конструктивные особенности проектируемой машины. Схемы часто применяемых кольцевых выхлопных патрубков приведены на рис. 7-16. Следует подчеркнуть, что потери в таких днффузорах, как правило, невелики, если указанные геометрические параметры близки к оптимальным.

Вариант диффузора 4 (рис. 7-16) с максимальной кривизной образующих дает максимальные потери, а вариант диффузора 2 — мигпгмзльные, Результаты исследования кольцевых диффузоров были положены в основу разработки выхлопного патрубка тур- !лис 7-)б Схеиы прчиенземых кольцевых выхлопных патрубков (а) и зав исимость коэффициентов потерь от числа )хе, (б). бины, схема которого приведена на рис. 7-17,а. Патрубок состоит из криволинейного кольцевого диффузора ! и улитки 2 (выхлопной части), в которой происходит поворот потока на 90о. На входе в улитку при повороте поток раздваивается центральным ребром 3 и растекается по криволинейным каналам, образованным ребрами 4,4', 5,5' и т. д. Профилировка межреберных каналов осуществляется таким образом, чтобы потери от вторичных течений были минимальными.

Это достигается выполнением канала вначале днффузорнын, а затем конфузорным ~ — ) 1 и — )1). та, а, Представленные на рис. 7-17,б результаты исследования такого патрубка показывают, что его эффективность существенно зависит от соотношения площадей кольцевого диффузора и улитки 1=Р5 и !,=Р,/Р,. Наибольшие зна! чення коэффициентов ~„ получены для вариантов 1= 2,5 и 1, = 1,46. С увеличением ! до 3,32 и при соответствующем уменьшении ), до 1,1 ь уменьшился до 0,75. Близкий к оптимальному вариант соответствовал отношениям сечений )=3,04 и ), 1,2.

Полученные прн этом значения коэффициентов и их изменение в зависимости от числа Ке1 отчетливо показывают, что при правильном выборе соотношения и) охм о,в о,з '0,5 075 90 85 о! Рис. 7Л7. Схема выхлопного патрубка турбины (а) и сто характеристики (0). проходных сечечий выхлопной патрубок менее резко реагирует на изменение этого режимного параметра.

Вариант комбинированного патрубка с коротким осевым и радиальным диффузорами при условии правильного выбора соотношений проходных сечений дает результаты, близкие к тем, которые получены для первого варианта. Влияние сжимаемости на характеристики выхлопного патрубка можно оценить по кривым на рис. 7-18. С ро- 4()6 ст(зм М, отме)аегся возраста|ние потерь (ь, увеличиваетгя), особенно интенсивное прн М~>0,8. Характерно, что патрубки с развитым кольцевым диффузором менее чувствительны к изменению М, (кривые 1 н 2 на рис.

7-18). Патрубок без диффузора практичеоки не реагирует па изменение М, (кривая 4) и Вмеет 9,>!. Таким образом, проведенные опыты показали, что введение осевого и радиального диффузоров в схему выхлопного патрубка позволяет существенно улучшить ' С„ 0 его характеристики и обеспечить частичное восстанов- бо 3 ление давления за турбомашиной. Правильным выбором 0,0 формы н ~проходных сечений диффузоров и улитки, а также рациональным распо- ' $, 00 о,в (0 ложением ребер жесткости Рис. 7-(8, Характеристики вымпжно Повысить эффектив- хлопного патрубка с диффузоность патрубка, ром (1, 2 и Л) и без диффузо- Опыты показывают, что ра (4), в некоторых случаях заметные преимущества имеет выхлопной патрубок с лопаточными решетками диффузорного типа, устанавливаемыми на повороте (рис.

7-13). Практический интерес представляет вопрос о влиянии неравномерности (закрутки) потока на входе в патрубок. Соответствующие опыты показали, что отклонение от осевого входа в пределах ~ 15' не приводят к заметному изменению характеристик патрубка. 7-4. СВЕРХЗВУКОВЫЕ ДИФФУЗОРЫ Из основного уравнения одномерного течения следует, что торможение сверхзвукового потока можно осуществить в трубе переменного сечения, входная часть которой выполнена суживающейся, а выходная — расширяющейся.

В,первой части скорость уменьшается и достигает критического значения в минимальном сечении. Тогда в расширяющейся части продолжается процесс сжатия дозвукового потока. Отсюда следует, что привципиально в качестве «идеального» диффузора можно использовать сверхзву- 409 Кбпое сопло С профилиРованныМи стенхаМИ, пйедполйгая течение в нем обращенным (рис. 7-19). Ьлагодаря плавности профилированных стенок, в каждой точке которых поток совершает поворот на малый угол, по входб ной части диффузора должна возникнуть система слаых волн сжатия (хапактепягтик). Проходя эту систему, Рис.

7-!9. Схемы сверхзвуховосе (а] в околозвукового (б) двффузера с прямым скачком уплотиеввя ва входе. поток тормозится изоэнтропически. Система слабых волн сжатия при этом полностью совпадает с системой слабых волн разрежения (характеристик) в расширяющейся части сопла. В горловине поток приобретает критическую скорость Х=1. В расширяющейся части диффузора скорости дозвуковые, уменьшающиеся в направлении потока. В действительности, однако, такой днффузор осуществить не удается, так как течение в нем оказывается неустойчивым: малые возмущения потока на входе приводят к конечным возмущениям на выходе. Это объясняется тем, что при малом уменьшении числа М на входе в горловине не установится критическая скорость, в результате чего перед диффузором возникнет отошедшая волна.

Фактически поле потока,,поступающего в диффузор из сопла Лаваля, как правило, неравномерно и насыщенно скачками. Кроме того, вследствие возникновения потерь ~во входной части и образования погранич- 4!О ного слоя характер изменения проходных сечений не будет соответствовать расчетному. В результате во входной части возникает система скачков. Процесс движения газа в диффузоре в тепловой диаграмме строится известным способом (рис. 7-20). Точка 1 соответствует состоянию потока на входе в диффузор. Линия 1 — 2 условно хб 1 изображает процесс сжатия чяз газа в системе скачков в сверхзвуковой части диффузора. Соответствующее ~приращение энтропии Лз, ха- я рактеризует в основном вол- "гзз новые потери во входной Ъ части диффузора.

За скач- в / сЯ* каин устанавливается дав- 1 фб/ ление рзз Если рз./рсз(е, 1 ' / й то после скачков поток еще 0 сверхзвуковой и в суживаю- / щейся части диффузора // / продолжается сжатие газа. // р Если /зз,///аз) е», то поток // // за скачками дозвуковой. Это й означает, что в суживающейся части до миннчаль- 1 ного сечения поток будет ускоряться и давление его будет падать. Если в мини- рас 7.20 Предесс язмевеавя мальном сечении скорость состояния в сверхзвуковом двфпотока достигает критиче- фузере в тепловой зазасрамме. ского значения, то в расширяющейся части Х>1. В этом случае торможение потока будет происходить в системе скачков за узким сечением. Увеличение энтропии бзз обусловлено ~потерями в дозвуковой части диффузора.

Заметим, что полное .изменение потенциальной энергии в сверхзвуковом диффузоре На, ~можно рассматривать как сумму изменения потенциальной энергии в системе скачков /!аз и в дозвуковой части //ад. При небольших сверхзвуковых скоростях на входе (М,<1,5) можно применять обычные расширяющиеся дозвуковые днффузоры (рис, 7-19,б). В этом случае пе- 4!! Р,д Ро„ Р Ро, или (7-23) Лзр оР 80 70 йо йд г,л гв 4П йз Р ! РР 1 Ро Р,д г!4г рг Рхрх г!! Рег (7-21) или /г — 1 я+1 1 Рг Гй -1-! Д вЂ” ! г,! (7-22) 2 !2(! г д+! г "д! 413 ред расширяющейся частью возникает прямой скачок уплотнения, в котором поток переходит к дозвуковым скоростям, В расширяющейся части продолжается сжатие дозвукового потока. Потери в таком диффузоре могут быть умеренными, так как при М!<1,5 волновые потери в скачках невелики.