Газодинамика охлаждаемых турбин. Венедиктов В.Д. (1014153), страница 20
Текст из файла (страница 20)
с возрастаиием диффуэориости течения у сливки профиля, коэффициепт кромочиого давления возрастает и становится положительным. Зависимость Лр,р от угла отгиба при с)ф = 0,04 и Лг, < 0,8 приведена ~а рис. 5.3, б. При повышеииых углах отгиба(6 20.. 30') и Ар > 0,8 иа спинке лопаток вблизи выходной кромки возникает отрыв потока, и кромочное давлеиие быстро снижается. Такая же картина лаблюдалась и иа других аиалогичных решетках.
Некоторые испытания были проведены при различиом уровне турбулентяых пульсаций в потоке перед решеткой в пределах а)= 0,02...0,1. Рис. 5,». Зависимость Ь Ра от Лц„в тУРбиипмх Решеткам в уг а — сопи»им» реотетиит б — сопи»ем» и рабочие по 1561; - вотиутаи спиииа Ри»,5.5. Зависимость 2) рчр и т)р, от утис аттиба б Оказалось, что при тонких кромках и малых углах отгиба уровень турбулентности виешиего потока почти ие сказывается иа давлении за кромками лопаток.
Кромочиое давлеиие в траясзвуковых решетках. На трансзвуковых режимах работы кромочное давлеиие зависит дополиительно от приведенной скорости хр . на рис. 5.4, б приведены зависимости коэффициента кромочлого давления Лр„р от Лг в солловых решетках 91„90'; 1)гир = 20'; с„„„- 0,25; 1 = 0,73; с), = О, 17„т)г = 0,12; Т = 50'), различающихся в осйовиом лишь углом отгиба 6 = 0; 4; 7 и 15', На рисунке хорошо просле. живается рассмотренное выше влияние угла отгиба 6: иа дозвуковых режимах с уменьшением 6 коэффициеит кромочпого давления зпачительио снижается.
В решетках с малыми углами отгиба (6 = 0 и 4') коэффициеит кромочного давления быстро уменьшается при увеличеиии приведенной скорости в диапазоне Х г,„= 0,7...1,05. Это объясняется сверхзвуковым характером обтекания выходиой кромки. Течение вблизи кромки напоминает те. чеиие Праидтля-Майера и сопровождается значительным перерасширевием потока, что сиижает давлеиие за кромкой. Кроме того, обтекание спвики и выходной кромки приобретает копфузорпый характер, что утоляет пограничный слой и увеличивает эжектирующее влияние потока. Точки отрыва иа эакруглениой кромке смещаются при этом вниз по потоку, что уменьшает и фактическую ширину зоны отрыва 4,4. Оцепим влияние перерасширепия потока за кромками па величииу Лб"„р.
На рис, 5.5 приведены эксперимеитальиые значеиия Лр р в этих же решетках на режимах Хт 0,85 и 1,04. Пунктиром па графиках нанесены эиачепия аналогичного коэффициеита давления на спинке профиля вблизи выходной кромки Лр = (р, — рг,р) т' 0,5ргиуав.
Видно, что на дозвуковых режимах(Л~ 0,(15) при малых углах отгйба (6<4...6') вследствие повышепной эжектирующей способности потока давление эа кромкой оказывается намного ниже, чем давление в потоке со стороны сливки. При повышенных углах отгиба (6 > !0...15'), как указывалось, эжектирующая способность потока уменьшается и давление за кромкой стаиовится примерно равным давлению в потоке со стороны сливки. На траисзвуковых режимах ()(гта ч 1,04) вэ-за перерасширепия потока при обтекании кромок разница между давлением эа кромкой и па спинке вблизи кромки зиачительио увеличивается.
Для количествеи~ой оценки перерасширеиия и величины давления за выходиыми кромками при Лт,и > ! можно использовать соотношение где А и Л - приведенные скорости потока до пачала перерасширеиия кр» ар т) — т) г и в конце перерасширеиия за выходной кромкой; с = „— безразиг мерное приращение плошади потока иепосредственно за кромкой; с)»„— ширина следа за кромкой. Ориентировочно можно прииимать с = 0,3...0,5. Из формулы (5.3) видно, что одно и то же увеличение площади попе.
55 г22 — Ф,а 2 + С "т речного сечения потока за выходными кромками, характеризуемое ве- личиной при околозвуковой скорости Л е приводит к более значительному возрастаншо перерасширения, чем при повьпленных сверхзвуковых значениях Л„рв В частности, если ориентировочно принять Л ы Л, легко кро тзя получим, что Ори ст)2 0,05 коэффициент кромочного давления в зависимости от Лз принимает следующие значения: Отешда СЛЕдуст, ЧтО Прн Лт,„> 1...1,1ВЕЛИЧИНабркр депжлаВОэрастать; это подтверждается характером зкспериментальйых зависиыостен рнс. 5.4.
Прн Лз,„> 1,2...1,3 в решетках с большим углом отгнба 0Од влианИЕМ внутреннего кромочного скачка уплотнения на спинке профиля может возникнуть отрыв потока. Ото соответствует как бы утолщению выходной кромки, поэтому давление за кромкой значительно снижается. При дальнейшем увеличении Лт скачок делается более косым, точка отрыва смещается к выходной кромке, так что ширина зоны отрыва уменьшается, а кромочное давление возрастает. В решетках с большими углами отгиба на дозвуковых режимах, как указывалось, кромочное разрежение может практически отсутствовать.
На трансзвуковых режимах работы изменение коэффициента кромочного давления в зависимости от Лэ,„имеет примерно такой же характер, что и в решетках с малыми углами отгиба. Приведенные данные, а также результаты, полученные на других решетках (в том числе, рабочих), свидетельствуют о том, что в трансзвуковом диапазоне скоростей Л2,„0,8...1,2 Ар = Г(ф1; Л „; 6) . (5,4) Аналогичные результаты были получены в работе (36ь В частности, на рнс. 5.4, б приведена обобщенная зависимость Ар„р от Лз,, полученная на сопловых и рабочих решетках при 02 20...30'! т!221 0,02...0,04. В цтеб качестве параметра на кривых нанесено значение —, Поскольку 2 вбольшинстве исследованных решеток значения углов ь22 и 6 различалнсь ие более чем иа 2„.3', ориентировочно можно принимать ~з+ 6 — 6.
Видно, что прн повышенных углах отгнба давление эа кромкои может заметно превышать среднее давление за решеткой. С уменьше. т4 Рис. 5.е. Схема иояиевого спектра в трансзвуковой реыеткег 2 к 7 — скачки, замыкаыотне зоиаг перерасшнрения на спинке; 2 н Э вЂ” виыпннй и внутренний кромочиые скачки; З, 1 и е — воины разреыанив; 3 — скачки, связанные с отрывом потока на выходной кромке; у — зона отрыва нием угла отгнба кромочное давление интенсивно снижается, достигая минимальных значений в решетках с расширяющейся проточной частью на выходе(6 < О). з,т.
НссиБВОВАннБ ттлнсзиуколых рлашток (лз з,з .Р,лб Схема волнового спектра в трансзвуковой решетке представлена на рпс. 5.6. На повышенных дозвуковых режимах работы(Л» - "0,8...0,9) вблизи спинки может возникнуть местный скачок уплотнения 1, замыкающий местную сверхзвуковую область течения. На режимах Лт,„> 0,9...! возникают кромочные скачки уплотнения 2 и 3, обусловленные сверхзвуковым обтеканием выходных кромок. По мере удаления от выходной кромки внешний кромочный скачок 2 несколько ослабляется вследствие воздействия волн разрежения 4, Внутренний кромочный скачок 3 подвергается воздействию отраженных от спинки воли разрежения 5, а также волн разрежения 6, возникающих при ее сверхзвуковом обтекании.
Поэтому по мере удаления от выходной кромки он быстро размывается и ослабляется; в ряде случаев он может достигать выпуклой поверхности профиля в виде волн сжатия (диффузорный участок). В зависимости от геометрических параметров решетки н режима работы внутренний кромочиый скачок 3 может взаимодействовать со скачком 1, как сливаясь с ннм, так н изменяя его расположение н интенсивность (вследствие изменения параметров потока перед скачком 1).
При значительной кривизне выходного участка спинки, когда нмеее место вторичное лерерасшнренне потока, вблизи выходной кромки со стороны спинки возникает дополнительный скачок уплотнения 7, кото, рый в большинстве случаев приводит к отрыву потока (вследствие увеэ5 Ркс. 5.7. Распределекке потерь ' полного девленил в следе ее лопаткой в сопловой рыпыке, 6 = 15' Р Ф га ш у,ии лнченной толщины пограничного слоя на спинке нэ-эа влияния скачков ! и 3). Экспериментальные н численные исследования показывают, что в сопловых решетках в диапазоне Хте = 0,95...1,15 внутренний кромочный скачок падает на спинку соседнеи лопатки практически под прямым углом.
При уровне скоростей перед скачком Хт 1,25„,1,35, что часто наблюдается в современных охлаждаемых решетках с толстыми профилями, волновые потери могут составлять ~,„0,02...0,03. Несмотря н» значительную интенсивносп., как показано Г. Л. Гродзовским, этн скач" кн не вызывают отрыва потока. Отчасти это объясняется тем, что иэ-эа конфузорного характера течения вблизи спинки толщина пограничного слоя перед скачком, как правило, невелика.
При увеличении асср в сверхзвуковой области внутренний кромоч. ный скачок становится косым, значительно ослабевает и падает на свинку соседней лопатки ближе к выходной кромке. При этом, как указывалось, взаимодействие косого скачка с пограничным слоем на выходном участке спинки может привести к отрыву потока, в особенности при новышенных значениях местной приведенной скорости А Возникновение отрыва потока под действием косого скачка уплотнения рассмотрим на примере солловой решетки с углом отгиба б ° 15' (см. равд, 5 1). На рис. 5.7 показаны зпюры потерь полного давления в следе за лопаткой в этой решетке, снятые малоннерционным электрическим датчиком давления.
Видно, что лри Х 7„„1,21 эпюра имеет обычную симметричную форму и стационарный характер. Однако уже прн увеличении скорости за решеткой до Х~ 1,22...1,23 уровень потерь в следе резко возрастает, а эпюра приобретает существенно нестапионарный характер, в особенности со стороны спинки профиля. Зто можно объяснить возникновением нестационариого отрыва на спинке под действием косого 55 скачка уплотнения, Прн Ат,„= 1,27 злюра потерь полного давления возрастает еще больше, однако внд ее заметно стабилизируется. Это указывает на развитый стационарный отрыв потока. При Х~ > 1,3 потери в следе заметно уменьшаются. Это объясняется смещением зоны отрыва (зоны падения скачка) к выходной кромке; ширина зоны отрыва при этом уменьшается, Аналогичная картина наблюдалась н в других решетках, в том числе и при малых углах отпеба (Ь < 7'). При повышенной толщине выходных кромок профильные потери ьлр в околозвуковом диапазоне скоростей Ат = 0,95...1,05 обычно значительно возрастают.
Это объясняется отчасти перерасширением потока эа выходными кромками и возникновением волновых потерь. Кроме того, лри этом значительно уменьшается кромочное давление, что приводит к увеличению кромочных потерь. Как показано в раэд. 5.1, уровень кромочного давления и„следовательно, кромочных потерь в трансэвуковмх решетках существенно зависит от угла отгиба, т. е. от кривизны спинки, От этого же параметра зависит перерасширенне потока у спинки н интенсивность волновых явлений. Таким образом, кривизна спинки во многом определяет и величину профильнмх потерь, Влияние кривизны спинки на профильные потери в трансзвуковой сопловой решетке можно проследить на примере решеток, различаю. Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
