Газодинамика охлаждаемых турбин. Венедиктов В.Д. (1014153), страница 22
Текст из файла (страница 22)
Как видно на рис. 5Л2, иэ за повышенной кривизны начального участка спин. кн поток разгоняется на этом участке гораздо интенсивнее, причем пере- расширение потока уже при дозвуковых значениях Хна " 0,85...0,9 дости- гает Х, „,„= !,4...1,5 (см. рис. 5.13, а), Зона перерасширения эамыкаегся мощным йрактически прямым скачком уплотнения, по-видимому, совпадающим с внутренним кромочным скачком. Внешний кромочный скачок уплотнения прн этом отсутствует; это подтверждается отсутствием неодяородности статического давления яо фронту за решетками 2 н 3 при А ы < Е (см. Рис. 5.13, е). Течение в решетках при этом идентично течению в сопле Лаваля на дозвуковых режимах работы. !Оэ Рис. 5.14. Эисперимеиеапьнме аависимесеи, 1ер и Зрир пе игеиивеимхиах1„,1 гг 14 атил Рис. 5.!5.
Зависимесеь сссхавпнювьих ире4миьимх ивтерь ее йа „в риммина 1 и 1 йд 11 И РУ 14 Аглл При увеличении 1ьпи до значений 1,!„Л,2 перерасшнренне потока вблизи спинки быстро уменьшается; внутренний кромочный скачок становится косым н ослабевает; зона его падения на спинку соседней лопатки смещается в сторону выходной кромки. Поток у спинки за скачком может остаться сверхзвуковым, однако нз-эа прямолинейности спинки в решетке 2 нли вогнутостн се в решетке 3 (стенка как бы наступаег на ло- 104 ток) заметного перерасширеиия потока на оставшейся части спинки не возникает. Это хорошо видно на рис. 5ЛЗ, б: скорость потока на спинке вблизи выходной кромки в решетках 2 н 3 составляет лишь =(бр...10) Х ко ью вы" Конечно прн обтекании с небольшой сверхзвуковой скорость дной кромки в решетках 2 и 3 возникает дополнительное перерасшнхо рение потока, заканчивающееся внешним кромочным скачком у м плотнения.
д . О пако его интенсивность заметно меньше, чем в решетке 1 с выпуклои спи нкой. Это хорошо видно на рис. 5.13, е: неравномерность ст тнч ° е чем за ского давления по фронту за решетками 2 н 3 значительно меньш, ч решеткой 1. при дальнейшем увеличении )ьз,и () геп > 1,2) перерасширение потока на спинке продолжает уменьшаться (см. рис. 5Л 3, а); интенсивность утреннего и внешнего кромочных скачков ослабеваег и онн становятся еше более косыми, В частности, из рис, 5.13, в следует, что еодн род. н осаь статического давления по фронту за решетками 2 и 3 (характеризующая интенсивность внешнего кромочного скачка) прн значительно уменьшается.
Все это свидетельствуеТ о снижении волновых потерь в решетках 2 и 3 на повышенных сверхзвуковых режимах Аилллв потерь и решетках 1...3. На рис. 5.14 приведены экспериментальные завйсимости коэффициента профильных потерь Ьир, а также коз ффициенга кромочного давления ЛП„от Лэ,и в исследованных решетках 1...3 (экспериментальные точки на кривых не нанесены, чтобы У ген нять графики). На рисунке хорошо видно, что зависимость „р й„и н г авления отс жи ле вает особенности изменения коэффициента кромоч ого д й Л . Это указывает на высокий уровень кромочных потер ри ьв ер рпо шетках, в особенности на околозвуковых режимах работы. Немонотонный характер изменения Ь по )ь, на трансзвуковых режимах зависит, как указывалось в равд.
ж2, от особенностей изменения кромочных и волновых гютерь. Проанализируем эти особенности и решетках с выпуклой спинкой на примере решетки 1, С этой целью по экспериментальным распределениям )ь„Я, распределениям статического ра и полного давлений рз по фронту за решеткой оценим потери вскачках л ен я э решеткой. В частности„данные рнс. 5Л2 позволяют оце. анные нить интенсивность внутренних кромочных скачков, а да ы . 5ЛЗ в — внешних кромочных скачков, О суммарных волновых потерях во внутреннем н внешнем скачках уплотнения мо о суди величине потерь полного давления Лра в ядре между следами лопаток.
Определеннме таким образом волновые потери 1, в решетке 1 нанесены точками на рис. 5.15. Видно, что максимальных значений волновые потери достигают в диапазоне 1ьпи= 1...1,1. Согласно расчетному анализу картины течения идеального газа в ре. ка повышенным Углом отгнба с Увеличением йаеи пеРеРасшиРение потока на спинке и, следовательно, интенсивность скачков уплотне ния и во о лн вых потерь должны возрастать. Однако, как указывалось, под дей. ( ниис станем вн утреннего кромочного косого скачка уплотнения (в сочета высоким уровнем приведенной скорости потока) на спинке в а к озник ет 165 4а Зви 61ЗЗ отрыв потока, что и приводит к уменьшению лерерасширения и волновых потерь при сверхзвуковых значениях Хр,ж Другой важнейшей составляющей профильных потерь в трансзвуковых решетках являются кромочные потери, связанные с возникновением кромочного разрежения.
Как видно на рис. 5.14, разрежение за выходными кромками лопаток в решетке 1 при 1~,„> 1,05 уменыиается (Лр р возрастает), что способствует уменьшению кромочных потерь. Однако при Х~ > 1,3 вследствие отрыва потока на спинке разрежение эа кромками начинает снова интенсивно возрастать. Значения кромочных потерь ь„р в решетке 1, подсчитанные по формуле (1.49) с исполь. зОванием измеРенной величины ЛР„р, а также лотеРь тРениЯ б„р, поДсчи. танные по формуле (1.4$), показаны на рис.
5.15. На рисунке видно, что сумма указанных составляющих ~„рх = (,р р Ь,р + 1.„, полученных по косвенным данным, хорошо согласуется с величйной йрофильных потерь ь„р, полученных непосредственным измерением. Рассмотрим теперь особенности изменения кромочных и волновых потерь по Х,м в решетке с малыми углами отгиба на примере решетки 2 с прямолииеййой спинкой лопаток. Результаты анализа составляющих потерь в решетке 2 в зависимости от Х~ приведены также на рис.
5.15, Как указывалось, в решетке 2 при Хнх < 1 церерасширение на спинке и внутренний кромочный скачок имеют высокую интенсивность. Поэтому уровень волновых потерь'в решетке 2 на околозвуковых режимах работы составляет ь,„0,03. Как следует нз рнс. 5,14, кромочное разрежение в решетке 2 сущесг венно увеличивалось, особенно при повышенных значениях Х~,„. Это объясняется, главным образом, повышенной эжектнрующей способностью потока со стороны спинки.
Действительно, вследствие прямолинейной формы спинки в пограничном слое отсутствует стабилизирующий эффект, проявляющийся при обтекании выпуклой поверхности и приво. дящий к ламннаризации пограничного слоя (что имело место в решетке 1). Поэтому уровень кромочных потерь в решетке 2 на околозвуковых режимах существенно повышается. При увеличении Х~ в диапазоне 1,1...1,5 интенсивность внешнего кромочного скачка уплотнения в решетке 2 уменьшается (см. рнс. 5,13,в); уменьшается н внутренний скачок уплотнения. Поэтому волновые потери в решетке монотонно снижаются. Кромочное разрежение и, следовательно, кромочные потери нз-за уменьшения перерасширения потока за кромками при увеличении )~ц„монотонно снижаются.
В силу отмеченных обстоятельств уровень профильных потерь в решетке 2 понижается и достигает при ),в„1,4...1,5 значений ~„, 0,03...0,04. Сумма составляющих потерь ~„рх в решетке 2 удовлетворительно согласуетсяс экспериментальными значениями Ь„р. Совершенно аналогично ведут себя составляющие профильных потерь в решетке 3 с вогнутой спинкой лопаток (Ь = -4'), Как видно из рис. 5,12, уже на околозвуковых режимах работы перерасширение на спинке и, следовательно, внутренний скачок уплотнения имеют повышенное значение.
Вследствие вогнутой формы под влиянием вихрей ГертлераТейлора на спинке возникает дополнительная турбулизация погранично- Иб го слоя, в том числе ламинарного подслоя. Это приводит к значительному увеличению турбулентной вязкости поверхности раздела и, следовательно„ кромочного разрежения (см. рис. 5.14). При этом кромочные потери в решетке 3 могут достигать ь„р 0,1.
Поэтому на околозвуковых режимах уровень профильных потерь особенно высок и достигает = 0,14...0,1б. При увеличении )~н„в области сверхзвуковых режимов работы под ' влиянием тех же факторов, что и в решетке 2 профильные потери ~„р монотонно уменьшаются. В области повышенных сверхзвуковых значений Хн„профильные потери в решетке 3 примерно на 0,02...0,01 больше, чем в решетке 2, что объясняется более высоким уровнем кромочных потерь в решетке 3. Проведенное исследование показывает, что в трансзвуковых сопло! вых решетках основными составляющими потерь являются потери в следах, связанные с возникновением повышенного кромочного разрежения, и волновые потери в кромочных скачках уплотнения. Потери трения, со! гласно расчетным оценкам, невелики и составляют ( = 0,015...0,02. При повышенных углах отгиба и больших сверхзвуковых значениях Хз, на спинке профиля возникает отрыв потока, вследствие чего профильные потери в решетке значительно возрастают.
В заключение отметим, что с увеличением расстояния за выходными кромками в диапазоне г/ат = 0,5...1,1 профильные потери на сверхзвуковых режимах возрастали на Ь~ = 0,005...0,0!. Н» дозвуковых режимах уро. вень потерь при этом практически не изменялся. Коэффициент вторичных потерь в решетках 1...3 при ЬЯ = 0,6 на сверхзвуковых режимах не превышал ь„= 0,01...0,013. ГазодкншанчаекнЕ ОСОбенности сверхзвуковых решеток. В современных охлаждаемых траисзвуковых решетках с толстыми профилями и выходными кромками осиовнымн составляющими профильных потерь являются кромочные потери, связанные с возникновением разрежения эа выходными кромками, и волновые потери, связанные с перерасширением потока и возникновением замыкающих скачков уплотнения (в том числе кромочных).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
