Диссертация (1025751), страница 19
Текст из файла (страница 19)
Это типичное изображение структуры течения жидкой фазы висследуемом сопле. На Рисунке также отмечена прямоугольная область, вкоторой производились измерения параметров жидкой фазы с помощью системылазернойдиагностики«ПОЛИС».Еегеометрическиехарактеристикипредставлены в описании к Рисунку.
Изменение средних по концентрациидиаметров исследовалось вдоль оси, расположенной на линии симметрии канала(на ней же расположены отверстия для зонда отпечатков, см. Рисунок 3.21). Дляотсеивания мелких капель, каждое мгновенное поле скоростей, определенноекорреляционным PIV алгоритмом, фильтровалось по коэффициенту скольжения:вектор отсеивался если величина ν ≥ 0,9.142Рисунок 3.21.Структура капельного потока в суживающемся сопле. H = 20 мм; L = 100 мм; x = 10 мм143На Рисунках 3.22 – 3.24 представлено сравнение результатов измерениясредних размеров капель с помощью зонда отпечатков и разработаннойметодики.Краснымиобластямиобозначенызонынечувствительностиметодики, о которых будет сказано ниже. По мере движения вдоль канала,средние размеры капель снижаются от 30 до 20 мкм, что связано с дроблениемчастиц крупных размеров в полидисперсном потоке.
Наблюдается достаточнохорошее совпадение практически по всей длине рассматриваемой области, чтоговорит о корректности применения описанного в данной Главе подхода поопределению размеров капель. Максимальное отклонение от эталонныхданных, которыми в данном исследовании являются результаты применениязонда отпечатков, составляет 14% (см. x = 0,02 м на Рисунке 3.23).40d, мкм3020Зонд отпечатковРазработанная методика10X, м00,010,020,030,040,050,060,070,08Рисунок 3.22.Распределение средних размеров капель и градиента ускорения вдольисследуемой оси для режима p0 = 0,085 МПа, y0 = 1%35d, мкм30252015Зонд отпечатков10Разработанная методика5X, м00,010,020,030,040,050,060,070,08Рисунок 3.23.Распределение средних размеров капель и градиента ускорения вдольисследуемой оси для режима p0 = 0,08 МПа, y0 = 2%1443530d, мкм252015Зонд отпечатков10Разработанная методика5X, м00,010,020,030,040,050,060,070,08Рисунок 3.24.Распределение средних размеров капель и градиента ускорения вдольисследуемой оси для режима p0 = 0,04 МПа, y0 = 3%145Глава 4.
Влияние режимных параметров на характеристики жидкой фазы засопловой решеткойКак отмечалось в Главе 1, основным источником эрозионного износарабочих лопаток являются крупные капли, формирующиеся в каналах сопловойрешетки и в осевом зазоре. Крупными частицами будем считать те, которыедвижутся с существенным скольжением по отношению к основному потоку.
Приэтом их углы выхода могут варьируются в широком диапазоне. Подобноеповедение характерно для капель, размеры которых больше 5 мкм (см. Главу 3).Основными характеристиками, которые бы в полной мере описывалихарактердвиженияжидкойфазыпередрабочейрешеткой,являются:коэффициент скольжения по отношению к паровой фазе, размер капель и уголвыхода частиц вдоль их траекторий.
Система PIV с доработками, описанными вГлаве3,позволяетпроизвестикомплексизмерений,направленныхнаопределение этих величин.В данной Главе рассматриваются особенности распределения параметровкрупной влаги в межосевом зазоре последней ступени турбины. В качествеисследуемогообъектаиспользовалсяплоскийпакетсопловыхлопаток,сформированный из профилей типа С-90-15А. Геометрические характеристикипредставлены на Рисунке 2.22 и в таблице 2.2. Исследования проводились притеоретическом числе Маха за решеткой M1t = 0,8. Рассматривалось влияние нахарактеристики потоков крупных капель таких режимных параметров, какначальная влажность пара (y0) и отношение плотностей фаз:=вп.(4.1)Величина изменялась путем варьирования давления полного торможенияпотока перед исследуемым каналом.
В данном исследовании число Re сизменением давления полного торможения не поддерживалось постоянным, нонаходилось в области автомодельности.При проведении исследований, начальная влажность пара варьировалась вшироком диапазоне значений: от 3 до 8%. Увеличение влажности производилось146подключениемдополнительногоблокапародутьевыхфорсунок,чтопредотвращало изменение среднемассового начального размера капель, которыйподдерживался на уровне d0 = 26 - 30 мкм и контролировался с помощью зондаинерционного осаждения, устанавливаемого перед исследуемым каналом.Дисперсный состав дискретной жидкой фазы, формируемой пародутьевымифорсунками стенда КВП-2, существенно отличается от наблюдаемого впоследних ступенях паровой турбины.
В соответствии с [112], массовая долякрупной влаги в проточной части турбины не превышает 10%, в то время как вэкспериментальномстендедвижутсяпреимущественнокрупнодисперсныечастицы дискретной фазы. Однако подобное рассогласование в среднемассовыхразмерах не препятствует исследованию особенностей движения эрозионноопасных капель в каналах турбомашин, так как в данном случае представляетинтересструктуракапельногопотокавпериферийныхсечениях,гдесконцентрирована основная доля крупных частиц [21].В данной Главе разделы 4.1 и 4.2 посвящены выявлению основныхособенностей распределения параметров крупнодисперсной влаги за сопловойрешеткой с изменением начальной влажности пара.
Исследования проводилисьпри постоянной величине = 2581. В разделе 4.3 рассматривается влияниережимного параметра на структуру капельного потока за сопловой решеткой.4.1. Особенности распределения капельных потоков за сопловойрешеткойФотографии капельного потока, полученные в результате работы системылазернойдиагностики,позволяютвизуальноанализироватьхарактерраспределения крупных капель в пространстве за сопловой решеткой. На Рисунке4.1 представлена типичная картина движения влаги в этой области. Основываясьна опыте работы с системой «Полис» [10 – 14, 19, 62, 63, 73- 75, 97], можноформально разделить частицы жидкой фазы на:1.Мелкодисперсный «туман».
Капли малого диаметра формируютструктуру, движущуюся в виде засвеченной дымки.1472.Отдельно наблюдаемые капли. Четко просматриваемые образычастиц, которые можно выделить в потоке. Они в большинстве случаевсоответствуют крупным каплям.Данное разделение является нечетким и заключается в визуальномнаблюдении.Напредставленномснимкеврезультатепост-обработкиизображения был удален туман мелкодисперсной влаги, движущейся в ядрепотока, кроме того была увеличена яркость фотографии для выделения слабозасвеченных трассеров (поэтому область кромочного следа представляет собойсильно засвеченную область, так как в ней высокая концентрация капель). Наосновании анализа полученного снимка, можно выделить 2 области, в которыхпроявляются четкие образы крупнодисперсной влаги:1.Кромочный капельный след. В данной области крупные частицыобразуются в закромочной области при сходе водяной пленки.2.Зона со стороны спинки лопатки.
Как показал визуальный анализполученных фотографий, в этой области присутствует крупная влага, движущаясяс большими углами выхода.Таким образом, в рассматриваемом межлопаточном канале из всех потоковкрупнодисперсных частиц, выявленных ранее в [15] (см. Рисунок 1.10), визуальнопроявляются только два.Для удобства изложения последующего материала, автор будет называтьсовокупность данных областей капельной структурой. Наличие крупных частицнепосредственно в ядре потока практически не наблюдалось, что свидетельствуетоб их низкой концентрации в этой зоне.Распределение коэффициентов скольжения в потоке за сопловой решеткойподтверждает сделанные выводы о локализации областей проявления крупныхкапель. На Рисунке 4.2 представлено осредненное поле коэффициентовскольжения жидкой фазы за сопловой решеткой при различных значенияхначальной влажности. Анализ этих картин позволяет судить о дисперсном составекапель в потоке за сопловой решеткой [31].148Рисунок 4.1.Структура капельного потока за сопловой решеткой149В данном случае не производилось отсеивание с фотоснимков «тумана» измелких капель.
Следует заметить, что на Рисунке 4.2 имеет место влияниеконцентрации крупных капель на статистически осредненную картину течения.При значениях коэффициентов скольжения = 0,8 – 1 можно говорить одвижении мелкодисперсной влаги, которая распространяется вдоль линий токаосновного потока. С уменьшением < 0,8 концентрация крупной влагиоказывается достаточной для того, чтобы влиять на структуру капельного потокав рассматриваемой области; в данном случае можно говорить о присутствии впотоке частиц больших размеров.Предложенные границы были определены на основании анализа множествафотоснимков, полученныхсистемой лазерной диагностики. Аналогичныерезультаты приведены в [75].
Для этого рассматривалось присутствие отдельныхчетких образов частиц жидкой фазы на фоне мелкодисперсного тумана. В случае,когда в элементарной области (размеры которой составляют приблизительно 1мм) на каждом снимке проявлялась хотя бы одна отдельная капля, можноговорить о присутствии крупной влаги. На данный момент имеющеесяоборудование лаборатории не позволяет определять концентрацию капель впотоке другими методами.На основании описанного подхода и в соответствии с результатами,представленными на Рисунке 4.2, можно говорить о том, что крупная влагалокализована вблизи кромочного следа.
Область, занимаемая капельнойструктурой,существеннозависитотначальнойвлажностипарапередисследуемой решеткой.На всех рассмотренных режимах проявляется ядро потока, в которомдвижение частиц происходит практически без скольжения, что свидетельствуетоб отсутствии крупной влаги. Ядро течения (где отсутствуют крупные частицы)при начальной влажности y0 = 3,4% сохраняется, хотя по мере удаления отвыходной кромки оно сужается. С ростом y0 потоки крупных капель,сформированные соседними лопатками, начинают расширяться, тем самым сужая150область проявления мелкодисперсной влаги, и на расстоянии ≈ 0,35 можноговорить об их смыкании.Рисунок 4.2.Осредненное поле коэффициентов скольжения жидкой фазы за сопловойрешеткой. а: y0 = 3,4%; б: y0 = 5,4%; в: y0 = 8,4%При этом на начальной влажности y0 = 8,4% потоки крупнодисперснойвлаги смыкаются несколько раньше, чем при y0 = 5,4%.
С изменением y0151наблюдаются существенные перестроения в значениях в области спинкипрофиля. При этом визуальный анализ фотографий показал, что изменение y0 неприводит к трансформациям формы кромочного капельного следа.Ширина капельной структуры непосредственно вблизи выходной кромкипрактически не изменяется с увеличением начальной влажности. И лишь нанекотором расстоянии от фронта решетки вниз по течению происходит еесущественное расширение.Более подробно характер распределения коэффициентов скольжения влагиможно проанализировать при рассмотрении распределений этого параметра вдольшага решетки. На Рисунках 4.3, 4.4 представлено изменение вдоль шага, нарасстоянии = 0,1 и = 0,2 от выходной кроки лопатки (расположение линийсм.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
