Газодинамика охлаждаемых турбин. Венедиктов В.Д. (1014153), страница 19
Текст из файла (страница 19)
Для уменьшения отраженных скачков, как указывалось, направляющую пластину можно сделать перФорированной. Однако н условиях сектор. ной решетки перфорация пластины не всегда улучшает картину течения, Действительно, давление под пластиной практически постоянно ло высоте лопаток и равно давлению в ресивере, куда происходит истечение.
Поэтому при наличии радиального градиента давления в поле зг канне газа из затечения эа с екторной решеткой будет происходить подтека ие аз лки и нап тив, топленного пространства через перфорацию вблизи вту „ро к ние рабочего тела в затопленное пространство на периферии. При этом втекание газа в проточную часть у втулки может р ет п ивести к возникновению скачков уплотнения на пластине. С целью сохранения близкой к натурной структуры потока в сечении ; измерении за тра з нс луковой секторной решеткой наиболее целесообрази внутреннюю боковые направляющие пластн ь в н ~ ыполнять но внешнею и в у б ется из услолошными. Однако длина внешней пластины 1„„выбира сп ш . вия, чтобы она не достигала внешнего кромочиого скач у ка плотнения от опатки (см. рис. 6Л б).
Ориентировочно 1 = 1/соэбве. По1г ' бирая угол ее установки б„„можно обеспечить на расчет ом р бо ля ную структуру потока в сечении измерений. Схематичеаления от ски деформация ядра потока за секторной решеткои по мере уд ' сечения измерений показана на рис. 6.1, в. ГПАВА 5 НБКОТОРЫБ РЕЗУЛЬТАТЫ ИССПБДОВАНИЯ ТРАНСЗВУКОВЫХ РБВ(БТОК Исследование, прогноз эффективности и проектироваиме охлаждаемых трансэвуковых решеток целесообразно проводить на основе совокупности разнородных и независимых между собой моделей, поскольку это обеспечивает более полный и достоверный результат. В частности, для обеспечения более правильной стратегии м тактики, а также максимальной информативности эксперимента желательно предварительно провести анализ явления на основе его аналитической моделм.
Ислользоваиме теоретических и статистических моделей целессюбразно н прн обработке экспериментальных данных, поскольку они позволяют более наглядно и обобщенно характеризовать соотношения между иаблюда. емыми сторонамн и свойствами явления, В настоящей главе рассматриваются некоторые экспериментальные результаты, относящиеся к особенностям течения газа в трансэвуковых и сверхзвуковых решетках„в том чмсле с относительно короткимм лопатками. Зти результаты ие претендуют на обобщение, однако оня помогут исследователю и конструктору, отталкиваясь от физической картины явления, выбрать правильное направление в исследованиях и разработке высокоэффективных высоконагруженных газовых турбин. Величина кромочного давления (разрежения) существенно влияе на кромочные потери.
Некоторые данные по кромочному давлению в турбинных решепсах приведены в работах (35, 361. Однако нх недостаточно даже для качественного понимания зависимости кромочного давления от основных параметров решетки и потока. Рассмотрим результаты исследования кромочного давления в турбинных решетках иа режимах без вы. пуска нз кромок охлюклающего воздуха, Кромомаое давление в дозвуковых решетках. При обтекании пото.
ком вязкой несжимаемой жидкости выходной кромки пластины (рис. 5.1, а) за ней возникает отрыв потока с образованием поверхностей раздела м застойной зоны. Вследствие вязкости, а также турбулентной вязкости газа, вызываемой мелкомасштабнымн турбулентными цульсациямн, возникающими на поверхности раздела, основной поток увлекает частицы газа иэ застойной эоны, н давление в ней может стать меньше давления в потоке. Крупномасштабиме турбулентные пульсации, имеющиеся в основном потоке, по-видимому, слабо влияют иа величину кромочного разрежения (если только оии не изменяют характер течения в пограничном слое), что объясняется малыми размерами застойной эоны, соязмеримыми с толщиной кромки т!.
Величина кромочного давления зависит, очевидно, от скорости с, плотностм Р и вязкости р основного потока„ от тошцины обтекаемой с с, с, с с, Рис, 5.1. Схеетт обтекакки потоком выходной кромки: а — ппаыииа,' 6 - лопатка кромки т), толщимы пограничного слоя 6 на срезе кромки и его турбулентности. Действительно, с увеличением толщины пограничного слоя 6 градиент скорости основного потока (наполненность профиля скоростей вблизи стенки) в точке отрыва уменьшается, вследствие чего уменьшается и его зжектнрующее воздействие на застойную зону.
(Прн бесконеч" но толстом пограничном слое скорость потока вблизи стенки и кромочное разрежение равны нулю). Поскольку толщина пограничного слоя 6 на пластине и структура его определяются длиной пластины ! в направле. нии обтсс ания, то вместо величины 6 можно рассматривать длину !. Связь между указанными шестью размерными параметрами р„- р ! (Р," с; р; т6 !) можно, согласно теории подобия н размерностей 117), заменить связью между тремя безразмерными параметрами (в данном случае число независимых размерностей равно трем: м,кг„с) ЄРьр„- — "6 — = Г!не! л!!) (5.1) К5ре' где стр„р — коэффициент кромочного давления; т(/( — относительная ! толщина выходной кромки; Пе = с!Р/)! — число Рейнольдса.
Таким образом„коэффициент кромочлого давления Лр„р для пластины определяется относительной толщиной кромки и числом Рейнольлса потока. Обтекание выходных кромок лопаток в решетке существенно осложняется тем„что давление, скорость потока, а также толщина н турбулентная структура пограничного слоя с обеих сторон кромки могут быть существенно различными. Так, для дозвуковых режимов со стороны кормтца давление и скорость потока приближаются к их средним значениям эа решеткой, а толщина пограничного слоя из-за конфузориого характера течения в пристеночной струйке тока мала. Кроме того, при обтекании вогнутой поверхности возникает дополнительная турбулизация пограничного слоя вихрями Гертлера — Тейлора, что усиливает интенсивность мелкомасштабных турбулентнмх пульсаций и, следовательно, турбулент- Ю 66 ' рис.
5.2. Зависимость Гг у„от дт,д в сопловой рииогке: а — 42/!=тат; б 6...0'; 6-срт/ри0,06; б =тат ную вязкость поверхности раздела над зоной отрыва, Вследствие этого эжектируюшее влияние потока со стороны корытца обычно велико. На спинке профиля давление и скорость в пристеночной струйке тока могут существенно отличаться от средних параметров потока за решеткой, а толщина пограничного слоя нз-за более высоких потерь и диффузорного характера течения в косом срезе может быть весьма значительной. При обтекании выпуклой спинки (в решетках с положительным углом отгнба 8) структура внутренних эон пограничного слоя делается более устойчивой, ламинарнэованной.
Под влиянием этого обстоятельства толщина ламинарного подслоя вблизи точки отрыва с выходной кромки увеличивается, а турбулентная вязкость поверхности раздела снижается. Поэтому зжектируюшее воздействие потока со стороны спинки обычно намного слабее, чем со стороны корытца. При большой степени диффузорности, определяемой большими углами отгиба 6 профиля, эжектируюшей способностью потока со стороны спинки можно пренебречь. В этом случае давление за кромкой будет близким к давлению в пристеночной струйке тока, которое вблизи кромки может превосходить среднее давление за решеткой. Напротив, в решетках с малыми углами отгиба диффузорность тече. ния вблизи спинки и, следовательно, повышение давления в пристеноч. ной струйке тока невелики, а пограничный слой остается относительно тонким. Вследствие малой кривизны спинки ламинарнзация пограничного слоя (наблюдающаяся при обтекании выпуклой поверхности) снижается. Более того, в случае вогнутой спинки (отрицательные углы отгиба) вознякает интенсивная турбулиэация пограничного слоя вихрями Гертлера-Тейлора, как зто имеет место на корытце лопаток.
Поэтому в решетках с малыми (и тем более — отрнцателънымн) углами отгиба зжектируюшая способность потока со стороны спинки значительно возрастает, что приводит к сильному уменьшению давления за кромками лопаток. Таким образом, на величину кромочного давления решающее влияние оказывает характер течения потока со стороны спинки. Очевидно :уис. 5,3. зависимость /тРкр ог гут/! пуи 6- б..нб" (а) и от угла отгиба при 62/ 1= 0,04 (6); Х~ д= 6,4...6,0 кромочное давление будем минимальным в случае длинных прямых кромок в решетках с малыми углами отгиба, С увеличением угла отгиба давление за кромками р,ри коэффициент кромочного давления Лр, должны возрастать. Проведенные экспериментальные исследования на различных решетках хорошо подтверждают сказанное.
На рис. 5.2 приведена зависимость Лр„от )т чля сопловой решетки, лопатки которой последовательно дорабатывались: а — выходные кромки утонялись со стороны корытца Р гад и спинки, угол отгнба лри этом изменялся незначительно (в пределах 8 = 6...8'); б- изменялся угол отгпба (лутем утолщения и изменения формы спинки), при этом 02/( 0,04 = сопзб (ак и следовало ожидать, при малых углах отгнба (рис.
5.2, 0) кромочиое разрежение было значительным и возрастало еше более с увели. чением относительной толщины кромки ггт / 8 При дозвуковой скорости течения (Хт,д < 0,8) и тонких выходных кромках(с22/0< 0,04) величина Ьр' оказьвается примерно автомодельной относительно числа кр йе = трт(/ р, которое при испытании решеток на зксгаустерном режиме изменяется, в соответствии с формулой (4.2), прямо пропорционально )'гад' При увеличении относительной толщины кромки область автомодельности уменьшается и при гут/1> б,бб исчезает вообще: величина Лр„р с увеличением йе быстро уменьшается.
Конечно лри Хт,„> 0,65...0,7 при обтекании толстых кромок может сказываться сжимаемость потока, способствующая снижению давления за кромками (см. ниже). Обобщающая зависимость Лрк„и/(йе, с22/1 ) по результатам прове- ДЕННЫХ ИСПЬПапнй В диалаЗОНЕ Ъ:„лк 0,4...0,8 Прнисдсиа На рИС. 5.3, 0. Видно, что при относительно толстых кромках и повышенных числах йе величина Лр„р может достигать - (0,5...0,8).
При более тонких кромках влияние числа йе уменьшается; для лопаток с дз/ 1< 0,03...0,04 и малыми углами отгиба ориентировочно можно положить д Ьр — (2,5...5,5) 2 кр лйнр 4) -йу "РснМс г а 1 о(Л ) " о(л о) 1тсбг (5.3) Если при заданной толщине кромки с(2 увеличивать хорду профиля, то, несмотря на увеличение числа Пе, давлелие за кромками будет возрастать иэ-за превалирующего влияния уменьшения с)гт'1. Из рис. 5.2, б видно, что с увеличеиием угла отгиба 6, т. е.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
