Процессы в камерах сгорания ГТД Лефевр А. (1014188), страница 20
Текст из файла (страница 20)
На практике это означает, что конструктор обычно использует результаты испытаний на моделях, соответствующих данному типу дгффузора. Однако существует один важный класс диффузоров, которые можно рассчитывать с удовлетворительной точностью н который в работе [8) назван «классом А». Этот класс характеризуется следующими свойствами: 1) поток является дозвуковым, но жидкость не обязательно иесжимаема; 2) число Рейнольдса на входе превышает 2,5 104, и поэтому отсутствуют проблемы, связанные с переходом от ламинарного течения к турбулентному; 3) профиль скорости на входе симметричен; 102 Глава 3 4) поток внутри диффузора не имеет области застоя; б) поток внутри диффузора состоит из потенциального ядра, окруженного снаружи турбулентным пограничным слоем; 6) сам диффузор симметричен и не имеет поворотов; 7) диффузор может быть плоским, коническим или кольцевым.
Конические диффузоры Большинство исследований конических диффузоров рассмотрено в обзоре [б]. Данные об нх характеристиках приводятся на рис. 3.7 в виде зависимостей коэффициента восстановления 2,0 ч 1,0 0,5 0,5 025 В И Зг и!я, 1 2 ' 5 10 20 я!я, Рнс. 3.8. Характеристики конических днффузорое, В, = 0,02 [2ф Рнс. 3.7. Характеристики конических днффузорон [5).
— — — линия маяснмальимх значений иозффициента яосстааоиления давления. давления С, от отношения площадей Лтс и безразмерной длины У/тс1. Видно, что линия максимальной эффективности диффузоров располагается ниже линии, которой соответствует появление застойной области. Таким образом, конический диффузор, спроектированный так, чтобы его эффективность была максимальной, не имеет значительной области застоя потока. Диаграмма характеристик конических диффузоров, показанная на рис.
3.8, построена в работе [2] по экспериментальным данным [9]. Здесь также изображены линии максимальных значений коэффициента восстановления давления на плоскости с координатами АК и йГ/тс1 при одном значении толщины пограничного слоя на входе. На рис. 3.8 нанесены также две линии, полезные для проектирования диффузора. Одна из них (линия С ) является геоме- !оз Днфоузоры трпческим местом точек, определяющим значения отношения площадей Ай при максимальном восстановлении давления и при данном значении безразмерной длины; другая (линия С ).— геометрическим местом точек, определяющим безразмерную длчну днффузора при максимальном восстановлении давления и заданном значении отношения площадей.
Угол раскрытия ди!Рфузора изменяется вдоль линии С', но остается близким к 7' вдоль всей линии Ср*. ~ Плоские диффузоры Характеристики плоских диффузоров типа показанного на рис. 3.0 интенсивно изучались на факультете инженерной механики Стенфордского университета. В рамках продолжительной программы исследований была проведена серия испытаний плоских й диффузоров с углами раскрытия, изменяющимися от 5 до 30', при со- ь ответствующих изменениях величины Аг/Уг', от 1,5 до 25 [6]. На рис. 3.10 показаны кривые общего коэф- и фициента полезного действия в зависимости от отношения площадей и безразмерной длины при значении Рас 39.
пло й даффузор (з!. толщины вытеснения 26"/!Р'ь равном 0,015 (т. е. при степени вытеснения потока на входе, равной 1,5%). Аналогичные графики, построенные при других условиях входа потока, указывают на снижение эффективности работы днффузора с ростом толщины пограничного слоя на входе. Анализ данных работы [6] показывает [2[, что расположение линии С" остается неизменным и независимым ог степени вытеснения потока на входе. Это показано на рис, 3.!1, где видно, что геометрическое место точек для АК при наибольшем восстановлении давления на заданной длине хорошо описывается одной прямой линией.
Этот результат означает, что, хотя толщина вытеснения пограничного слоя на входе в диффузор влияет на восстановление давления, оптимальная форма диффузора может быть выбрана независимо от характеристик пограничного слоя на входе в широком диапазоне изменения отношения площадей.
Кольцевые диффузоры Лиффузоры кольцевой формы широко используются в газотурбинных двигателях. Изучению их характеристик посвящены работы [2, 3, !Π— 12[. 104 Глава 3 6.0 5,0 30 2,0 7 7,0 0,5 2,0 с 1Д 1,6 6 70 гп 40 мяч, Рис. 3.!1. Геометрические характеристики оптимальных плоских диффузоров при различных значениях толщины пограничного слоя (2). 1,4 1,2 Рис.
3.10. Характеристики плоских диффузоров, В7 = 0,015 161. — — — экстрапоаироааииыа участки крэаих. 7,7 4 6 В 10 20 1./И; 6,0 6,0 ДО 2,0 Ч 7,6 7,6 7,1 '7 2 4 б В 10 20 б /дя, Рис. 3.12. Характеристики кольцевых диффузоров при степени вытеснения потока на входе, равной 2 % 127. 105 Диффтзоры Сопоставление диффузоров различных типов Путем обобщения имеющихся данных для конических н плоскнх днффузоров по длине стенки была построена днаграмма оптимальных значений коэффнцнента восстановления давленца для трех основных типов 2О со днффузоров [2].
Эта днаграм- ',О ма показана на рнс. 3.13. Из относительно близкого расположення этих линий можно 'с" сделать вывод о том, что такие общие геометрические характеристики, как отношение площадей н безразмерная длина, являются главными факторами, которые определяют оптимальную форму днффузора независимо от его типа. О.5 1 2 5 1О 1 1ал ипо 1.!1К, спи 1.1Я, Рис. 3.13. Оптимальные рабочие характеристики диффузоров различных типов [21. — калькееоа; — — — плоский; — -екаии" ческий. ЗАВИСИМОСТЬ РАБОЧИХ ХАРАКТЕРИСТИК ДИФФУЗОРОВ ОТ УСЛОВИЙ ТЕЧЕНИЯ НА ВХОДЕ Вще в ранних исследованиях днффузоров было установлено, что условия течения на входе оказывают суп[ественное влияние на последующее его развитие в днффузоре. В 1911 г. обнаружена зависимость эффективности работы днффузора от длины прямого участка трубы, устанавливаемой перед его входом [13) .
В работе [14) отмечено также некоторое влияние условий потока на входе на характеристики днффузора. Впоследствнн В работе [21 проведены испытания более 100 днффузоров, у которых отношения радиусов кольцевого входа изменялись в диапазоне от 0,55 до 0,70. Испытания производились прн числе Маха на входе, меньшем 0,30, числах Рейнольдса от 4,8 105 до 8,5 105 и одном профиле скорости на входе. По этим данным построены линии постоянных значений т1 (рнс. 3.12) прн степени вытеснения на входе, равной 2 о/о. Установлено [2[, что оптпмальная форма кольцевых днффузоров определяется главным образом величинами отношения площадей н безразмерной длмны стенки.
Таким образом, прн фиксированной длине стенки оптимальная форма днффузора соответствует определенной величине отношения площадей, которая фактически не зависит от ,комбинации значений углов стенок н отношения радиусов входа. Это обстоятельство, очевидно, облегчает выбор формы кольцевого днффузора. 1Ов Глава 3 авторы статьи [151 приписали это влияние эффекту утолщения пограничного слоя в трубе, а другие исследователи подтвердили, что толщина пограничного слоя является опреде.чяющнн параметром. Способ создания пограничного слоя па входе, а также значение числа Рейнольдса и характеристики турбулентности на входе оказывают значительное влияние.
Следовательно, толщина пограничного слоя не является единственным влияющим параметром. Тем не менее часто используются только величины. характеризующие толщину пограничного слоя [7]. Число Рейнольдса Влияние числа Рейнольдса наиболее заметно в случаях„ когда пограничный слой нй входе в диффузор не полностью развит. При этом с увеличением числа Рейнольдса характеристики диффузора улучшаются вследствие уменьшения толщины О,а пограничного слоя. При числах Рейнольдса, превышающих вен,в личину 8 104, коэффициент восстановления давления в дпффузоре и режим течения не зависят от числа Рейнольдса [51 (рис.
3.14). ол О,в ег о,з о 20 Число Маха 4О ВО Во 4ОО нехю' Рнс. 3.14. Зввнснмасть козффнннентз восстановления давления для конического днффузорз от числа Рейнольдсз нв входе. Турбулентность Влияние турбулентности входящего потока на режимы течения в плоских диффузорах исследовано в работе [181.
Было обнаружено, что ее влияние на границу возникновения застой- Обычно восстановление давления не зависит от числа 01аха, если оно меньше 0,25 [161. В диапазоне 0,25 ( М ( 0,6 возможно некоторое улучшение характеристик, так как восстановление давления происходит в основном вблизи входа, благодаря чему обеспечивается более плавное изменение характеристик потока в остальной части диффузора. Однако при М ) 0,6 градиент давления во входной части днффузора со стенкой, имеющей прямую образующую, становится чрезмерно большим, и характеристики диффузора начинают ухудшаться. При М = 0,7 может возникнуть большая отрывная зона, что приводит к резкому ухудшению характеристик [17~.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
