Газодинамика охлаждаемых турбин. Венедиктов В.Д. (1014153), страница 33
Текст из файла (страница 33)
казывается При пористом охлаждении лотребныи расхоп воздуха оказ минимальным, Однако применение его в реальных конструкциях ветре. чает значительные трудности, связанные с ухудшением проницаемости оболочки из зв засорения пор или окисления материала оболочки (15). Поэтому особенно широко в настоящее время применяется и исследуется выпуск воздуха через перфорацию. Г инамическая эффективность решеток с заградительным охпажазод 4. дением рассматривается в ряде работ18, 24, 28, 31, 3 ).
Критический анализ значительного числа отечественных и зарубеж- ных публикаций, посвященных этой проблеме, сделан в (7) и (15). Пока- зано, что газодинамические исследования решеток с заградительным ох ажд и ением имеют разрозненный характер; большинство публикаций отно т си ся к испытаниям конкретных решеток и не содержит обо г лвж ения. рекомендаций по оценке потерь от заградительного ох д При заградительном охлаждении часть теплоты от газа передается в лън ю пелену.
Однако, квк следует из уравнений смешения, заградительную суммарная располвгаемвя энергия расширения смеси р р чески не изменяется. Поэтому лля упрощения виалнзв дополнительных ь от заградительного охлаждения теплообмен между основным по- током и пеленой можно ие рассматривать и принимать в выра енин (, ) ьо = О. Таким образом, изменение коэффициента скорости и КПД в ре- шетках с заградительным охлаждением б| . = ч- е, 0,5(1,- 1,„- ~.,—,); ,„- б — С ) (8.1) нп (8.
2) (8.5) (8.6) $.5. Оцалкд ЛОПОЛППТЕПЬПЫХ ПОТЛРЬ прп выпуска возлуха чарлз пОРистую Сводочку лопатсж г/г (8.3) ВЯ Рассмотрим подобронее слагаемые в правой части соотношения (8,1) прн различных способах выпуска. Потери смешения выпускаемого возлуха с основным потоком можно оценить нз уравнений сохранения энергии н количества движения, записанных в одномерной постановке в предположении, что выравнивание параметров смеси происходит вблизи зоны выпуска. При подмешивании к основному потоку, движущемуся со скоростью с, элементарной массы воздуха Ж„выпускаемого через пористую оболочку нормально к поверхности на участке с/8, потери смешения с/А — ' с/б .
2 а При равномерно распределенном выпуске с/6, — с/5, ~в где 1. - длина охлажлаемой поверхности. Производя интегрирование ло всей длине 7, и относя суммарную величину потерь смешения к располагаемой энергии основного потока 6, ст„н/2, получим Работа расширения 46, охлаждающего воздуха, выпускаемого и сечении 3, на оставшейся части ыежлопаточного канала в первом приблн«а женин с)А, = с, Т„1 - — ' с/б„где вследствие высокого сопротивления пористой оболочки можно принимать Т, ' Твм.
Нспользул очевидное соотношение(при йв ' /с, Ц «-з -(+à — '. ( — "" - — ") и относя суммарную работу расширения к располагаемой энергии основного потока, получим Т, с' 'где т = †' = 1 - , — газодннамическая Функция т по газу. 7;а 2ср„у ге На рис. 8.1, а показано типичное распределение скорости газа влоль ' корытца и спинка в солловой решетке. Йля оценок в первом прнближе.
' нии аппроксимнруем действительные заковы изменения скорости вдоль спинки илн корытца профиля простейшими зависимостями сз с/се о (1е аз)ел; с„в (1+ ))о)з, 4 В,5 ( ~ю ~ 1 „)) ( ~~ - 1 - коэффициенты, характеризую' где 1 с са е изменение скорости вдоль безразмерной длины поверхности б ка начале н в конце рассматриваемого участка. Протекание этих зависимостей по длине спинки нли корытца прн Х„и о 0,95 показано на рис. В 1, а пунктиром.
Поскольку иа спинке всегда имеет место значительное перерасширение потока, можно ориентировочиопринятьс, 1,2с~,.длякорытцас,.зм с, (прнзтомс, мс, ). Рзк $! Опенке ф и 1 в рснютках с вмпу скад воздуха через пористую оаовоеку вопагок: а — иигичное распредавение скорости газа по проаивю в соплоаоа рюноске, — — — — аппрокснзгаиия зависимостнмк ($.5) и (В,ВЛ бзавнснмоста |см ог кон еузорносзи решмки; е— мвисимосга ьв се конаузорнсстн репктки 1» 1„ с с е«р (вс) с»с (8,! 1) (8.7) -с / ~см.с д- (-„— ) ~.с * с эс~ ~ С„(с,»/с,,«)', (8.10) (8.12) ( Г» с 1 (с /с„св)2 Г» В Зв«5»ВЗ Подставляя соотношения (85) к (8,5) в (8 3) получим соответственно для корытлв н свинки профиля: '-."~'( — ")" — ' ~ — ")»-"-)') с» с> (си.с сс» ьс' (8.8) '( — ") Парис.8.1,6лриведенызначенияь, =ь /с", лри выпуске воздуха нв корытце или нв спинку лопатки в зввнсймости от степени конфузор.
/»с 5»л Фс ности решетки К = — — н значения )»» зв решеткой. Видно что /»» 51л Я» ад > потери смещения особенно велики лри малой степени конфузорности ре. шатки. С увеличением конфузорности потери смешения снижаются; лрн К 3 для корытце и спинки соответственно (,«„0,4 и 0,95. Подставляя выражения (8.5) и (8,6), а также выражение для т в (8.4), получим после преобразований н отбрасывания малых въ»сшего порядка, соответственно для корытца и спинки профиля б,(,',,(1 — т,~,„„); (8.9) где т» =т»/» =1--- — Ц . 8+1 Множитель 0,5 в последнем выражении учитывает то обстоятельство, что воздух„вылусквемый на выходной части спинки, ие совершает работы расширения, поскольку давление нв этом участке не превышвет давления за решеткой.
Значения Ь, Ь,/ (6,7;с) при выпуске воздуха на корытце или спинку профиля в зависймостн от конфузориости решетки Ки Х»„, приведены кв рис, 8.1,в. Видно, что в активных решетках значения ь,,„и ъ„~ О, т. е. работоспособностью воздуха можно пренебречь. В реактивных решетках работоспособность выпускаемого воздуха может быть значительной (особенво при выпуске ив корытце лопаток). При выпуске воздуха через пористую поверхность коэффициент тре. нкя основного потока о поверхность, как известно, уменъшвется.
Это объясняется уменьшением градиента скорости в пограничном слое лрн выпуске: распределение скоростей в пограничном слое приобретает 5-образную форму. Как было показано В. Л. Совершенным„на пористой пластине при выпуске через поры такого же газе, что и в основном потоке, коэффициент трения можно оценить ло формуле где с/с- коэффициент трения при отсутствии выпуска; (Рс) и (Ус/„- плотность потока массы основного потока и выпускаемого гвзв (ннтен. снвность выпуска). Оценки ло этой формуле показывают, что лри интенсивности выпуска, соответствующей расходу воздуха в охлвжлвемой решетке оь = 0,01...0,02, коэффициент потерь трения нв пластине (при отсутствии продольного градиента давления)может уменьшиться в 1,5„.2 раза. При наличии отрицательного градиента давлении в потоке, согласно экс»жримеитвльным данным (24), деформация пограничного слоя на проииллемой поверхности лри выпуске воздуха и, следовательно, снижение коэф'-' фициента трения с~замедляются.
Нв величине с/может сказаться также неиэотермичность пограничного слоя н турбулизвция его выпускаемым воздухом", влияние этих факторов можно оценить только экспериментально. При очень интенсивном местном выпуске может возникнуть осрыв потока, и потери в решетке значительно возрастут, При выпуске воздуха на отденьных участках проФиля, для которых . сл/с, . солт!, выражения (8.3) н (8.4) для оценки потерь смешения и работй расширения выпускаемого воздуха в предположении т Т«с с,в — —. ы — ъ — можно привести к простому виду тс 1»в «сссэ где 6,»- относительный расход воздуха нв данном участке; с„и т„ скорость и гаэодинамическая функция т основного потока в зоне вы- пуска.
м. Оцвнкв гвзодянвмичлской ввввктквнс»сти ?шакток Л?И ВЫНИЖЕ ВОЭДУХА Чн?ЛЗ ДЛ?ЧОШ$НВ Оценка дополнительных потерь. В большинстве случаев отверстия перфорации (или щели) выполняются наклоненными лод острым углом к обводам профиля (а также к радиальной образующей пера лопатки), так что появляется составляющая скорости воздуха, направленная по потоку газа. Поэтому потери смешения будут меньше, в вносимая с воздухом энергия — больше, чем в случае выпуска через пористую поверхность. Пусть некоторое количество охлаждающего воздуха бм выпускается через отверстия»'-го ряда перфорации под углом ь»» к радиальной образующей пера лопатки и под углом О, к обводам профиля (рис. 8.2) с !6! рис, э.2. схема решюки с выпуском воздуха через пергчзрзпим Ы в схема выпуска воздуха из отверстие 16) в рм ряду полезно используется только часть кинетической энергии воздуха (пропорциональная в одномерной постановке составляющей скоро.
сти воздуха см Пп оз, соз 8,), т, е. ЛП = 6 (с эгпсо, соэб,)2/2 Работа расширения этого же количества воздуха "в А,„= 6,с, Т„)1- (р1/р>) «в ] где Т„и р< - температура воздуха и давление в месте выпуска. Относя величину ЬЯмт А„к 6,сг„ /2 и суммируя результат по всем РЯдам отвеРстий, полУчим в пРедположении й',о П~, т„т„и Тм му~ Т' — — для оценки энергии, вносимой охлаждающим Т„тм Т' Т~ воздухом, выражение стп ( см явмз омэ1' Л 1 о~в см г см Относя зту величину к располагаемой энергии газа 6, — 2нт- и суммируя результат по всем л рядам отверстий, получим /с„) / с.
2 т Е С 1 — ) ~1- — двы смзз) т.зд и (8.13) При выпуске воздуха под углом 9, * 90', что характерно для отвер. стни, расположенных непосредственно на входной кроаасе (а также для проницаемой поверхности типа иламилойи), г,„=Ебм~ — ") . (8.14) Энергия, вносимая в поток выпускаемым воздухом, складывается иэ его начальной кинетической энергии и работы расширения от давления р; в зоне выпуска до давления р, за решеткой. При выпуске воздухе 6 . 142 составляющей скорости с„э!и ы, соэ 91 в направлении основного потока и подмешивается к газу, имеющему в зоне смешения скорость ссо Тогда потери смешения можно оценить по следующей формуле, полученной из уравнений сохранения количества движения и энергии (учитывающих в одномерной постановке только члены, пропорциональные составлявшей скорости воздуха см пп а; соэ 8о направленной по скорости газа см) в предположении о том, что выравнивание параметров смеси происходит вблизи эоны выпуска,' При выпуске под углом 9 = 8(т величина ь достигает минимального значения, соответствующего только работе расширения воздуха в межлопаточных каналах, ~„= Е 6„1, (1 — (с„/с„)2).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
