Процессы в камерах сгорания ГТД Лефевр А. (1014188), страница 21
Текст из файла (страница 21)
Такое явление иногда ошибочно называют «запиранием». дыффузоры 402 ной области несущественно, но значение угла раскрытия диффузора, при котором застойная область полностью развита, с ростом интенсивности турбузоа лентности сильно увеличивает- гоа ся Грие. 3.15). ый. 00 оз 60 В 40 $ Йы го В 10 В 5 Крутка потока 4 0 10 25 42'44, Поток на выходе из компрессора обычно немного закручен, что, как правило, оказывает вредное влияние на структуру течения и рабочие характеристики диффузора, хотя имеется предположение, что в диффузорах с болыпими углами раскрытия крутка иногда может предотвратить отрыв по- рвс.
З,!5. Области режимов течения в тока показаться полезной [19). плоском днффузоре[!В). Крутну также МО2КНО НСПОЛЬ. — сильно турбулизованныя поток на вхо- де; — — — слабо турбулизованныв поток на Зоэать для удуЧШЕНИя Нсудов- входег ! — безотрывное течение; Н вЂ” значи. летворительного раси е еле- тельная нестационарная застойная областы НН вЂ развит двумерная стационарная за.
Ння СКОРОСТИ ПОТОКа На Вкпдс стебная областсм 1у — зона гистереаиса: в диффузор. Подробные данные о влиянии крутки содержатся в теоретическом н экспериментальном исследовании [19]. Толщина пограничного слоя на входе Если угол раскрытия диффузора непрерывно увеличивается, то градиент давления также возрастает до тех пор, пока в некоторой точке на стенке не произойдет отрыв пограничного слоя. Следовательно, толщина пограничного слоя на входе в диффузор оказывает сильное влияние на эффективность работы диффузора, и поэтому эта величина часто выбирается исследователями в качестве главного параметра.
Так, установлено, что максимальное значение коэффициента восстановления давления прямоугольных и конических диффузоров выражается следующей формулой [20, 21[1 Ср — — 1 — о' 1лг15*10.434 ' (3. 18) где б" — толщина вытеснения пограничного слоя иа входе в д1ирфузор. ПАРАМЕТРЫ НЕРАВНОМЕРНОСТИ ПРОФИЛЯ СКОРОСТИ Предложены различные методы анализа течений в диффузорах, которые основываются на теории потенциальных течений, решении уравнений движения вязкой жидкости либо на маршевом >08 Глава З Степень стеснения потока Предполагается, что максимальные величины скорости на входе и выходе днффузора можно связать друг с другом, используя понятия геометрической, эффективной и затененной площадей. Эффективная площадь поперечного сечения А,фа определяется как такая площадь, через которую мог бы пройти данный расход жидкости, если бы профиль скорости в поперечном сечении потока был равномерен, а скорость равна ее максимальному значению.
Если скорость постоянна по всему поперечному сечению, то эффективная площадь совпадает с геометрической. Если же действительный профиль скорости не равномерен, то эффективная площадь меньше геометрической. Затененная площадь Аа определяется как разность геометрической и эффективной площадей. Эффективную и затененную площади можно представить как доли геометрической площади А следующим образом: Е = А,~„~/А, В = Ав/А, Е=1 — В.
(3. 19) (3.20) (3.21) Если использовать обозначения и и й для величин средне- массовой и максимальной скоростей соответственно, то распределение скорости в любом сечении диффузора можно охарактеризовать профилем, показанным на рис. 3.16. Массовый расход через какое-либо сечение равен т = рйА = рйЕА.
Следовательно, Е = й/й. (3.23) Соотношения (3.22) и (3.23) показывают, что параметр профиля скорости Е можно определить без длительных измерений,. если известны величины массового расхода и максимальной ско- решении уравнений пограничного слоя, определяющем рост пограничного слоя в потоке с положительным градиентом давления. Обзор этих методов содержится в работе 17).
Приближение пограничного слоя, как отмечалось выше, может дать, наилучшее согласие с экспериментом в тех случаях, когда пограничный слой на входе в диффузор тонок, т. е. при 6* ( 0,004/У, и становится менее удовлетворительным при его утолщении. Ввиду такого ограничения метода расчета и его сложности в работе (2] был предложен эмпирический метод, который считается достаточно удовлетворительным для большинства практических задач. 109 Днффуворы рости в данном сечении.
Соотношение (3.23) вместе с уравнением неразрывности дает следующий результат: ан Е12Е2 й! АН (3.24) Таким образом, максимальные значения скоростей на входе и выходе диффузора можно выразить через соответствующие значения геометрических и эффективных плошадей. Полное давле- 05дв 0,54в Рис. 3.!6. Замена действительного профиля скорости эквивалентным прямо- угольным профилем (2). а — Лействнтельный профиль: б — енеиеелентний профиль. ние в точке максимума скорости в любом поперечном сечении потока равно Р= р+ д.
(3.26) Если статическое давление в каждом поперечном сечении потока постоянно, то рост давления вдоль линии, проходящей через точки максимумов скоростей, будет таким же, как и для диффузора в целом, т. е. Р,=р,+д,=р,+с,),+ ),. (3.26) Выражения (3.24) и (3.26) с учетом определений величин коэффициента восстановления давления С и полного КПД дают следующие формулы для расчета доли эффективной площади в выходном сечении; Е21 Я2— Арте (! — Ср) ' или Е", Ч+ Аит (! — Ч) ' После нахождения величины Ей остальные характеристики течения на выходе диффузора легко определяются из выражений (3.24) и (3.26).
т)о Гааза 3 Коэффициент кинетической энергии профиля скорости (3.12а) УПРАВЛЕНИЕ ТЕЧЕНИЕМ Установлено (20), что максимальное значение коэффициента восстановления давления не зависит от угла раскрытия диффузора. Таким образом, днффузоры одинаковой длины с углами раскрытия 10 и 40' будут иметь одно и то же максимальное значение СР, если обеспечено безотрывное течение Я. Существует много способов предотвращения отрыва потока от стенки и повышения равномерности течения в диффузоре при всех режимах работы.
Здесь будут упомянуты лишь устройства, имеющие прямое отношение к газотурбинным двигателям. Более полное н детальное изложение этого вопроса можно найти в обзорах 17, 22). Разделительные лопатки Короткие разделительные лопатки, располагаемые вблизи входа диффузора, успешно применялись в работе [23). Эти лопатки (рис. 3.17) устанавливались симметрично относительно Эта величина, обозначаемая через а, представляет собой отношение среднемассового значения скоростного напора к скоростному напору„соответствующему средней скорости, вычисляемой из массового расхода в предположении одномерности течения, т. е. о= ~ 2 "'Рп ау' 2 " "' (3.29) Величина я изменяется от значения 1,0 для равномерного течения до значения, приблизительно равного 2,0 для потока вблизи точки отрыва. В случае полностью развитого турбулентного течения в круговой цилиндрической трубе эта величина равна примерно 1,05.
Коэффициент кинетической энергии можно использовать для преобразования соотношения (3.7) к виду р, + ап(, = р, + а,д + ЬР,„фь. (3.30) Тогда соответствующие параметры эффективности работы диффузора примут вид Р~ Р1 юй, Рт Р~ д, (а, — а,(Ац') ' ! — (а,(а,)(Ац' ' (3.17а) Днффузоры оси диффузора, а их длина и направление выбирались такими, чтобы характеристики течения в каждом канале, образованном лопатками, были близки к границе возникновения первой застойной области, Разделительные лопатки позволили получить почти оптимальное значение коэффициента восстановления давления при безотрывном течении в диффузорах с общим углом раскрытия до 42'.
Кроме того, было обнаружено, что лопатки улучшают профиль скорости на выходе диффузора, делая его более равномерным. Последующие испытания диф- Рис. 3.! 7. Диффузор с разделительныфузоров с тремя лопатками по- нн лонатканн. казали возможность получения удовлетворительных характеристик при значениях углов до 50' 1221. Генераторы вихрей Устройства такого рода служат для предотвращения или затягивания наступления отрыва потока путем увеличения кинетической энергии течения в пограничном слое. Генераторы вихрей обычно представляют собой тонкие металлические полосы Рис.
3.18. Влияние генератора вихрей на профиль скоростей потока. (ребра), выступающие в поток со стенки. Как показано на рис. 3.18, их действие состоит в увеличении переноса количества движения от основного потока в пограничный слой. Сведений для выбора оптимальных размеров и мест расположения генераторов вихрей очень мало, поскольку их применение первоначально не планируется, а используются они в случае возникновения затруднений в доводке диффузоров. При этом оптимальное число, размер и расположение генераторов вихрей обычно определяются путем подбора при испытаниях диффузора или его модели на стенде с визуализацией потока.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
