Диссертация (1025751), страница 20
Текст из файла (страница 20)
Рисунок 4.2, а). Здесь и далее:= ,(4.2)где x – координата вдоль шага решетки, t – величина шага решетки. Необходимоотметить, что значения коэффициентов скольжения в области ядра потока( = 0 − 0,4 на Рисунке 4.3) оказались выше 1. Это объясняется тем, что в этойобласти движется только мелкодисперсная влага, которая, как отмечалось выше,на фотоснимках представляется в виде дымки, а не отдельных образов капель.ПодобныеобразованиякорреляционныйметодPIVобрабатываетспогрешностью, кроме того, ошибка присутствует и в результатах численногомоделирования движения сплошной среды.На расстоянии 0,1b область капельной структуры распространяетсяпрактически на половину шага решетки.
Наблюдается 2 минимума по величине ,которые расположены на = 0,45 − 0,5 и = 0,65. Первый экстремумсоответствует области со стороны спинки лопатки (см. Рисунок 4.1), а второй –кромочному капельному следу. Как видно из представленного распределения, сувеличением начальной влажности первый минимум смещается от выходнойкромки. При этом уменьшается величина коэффициентов скольжения, что152свидетельствует о повышении концентрации крупных капель в этой областипотока.В кромочном капельном следе с увеличением начальной влажности такжепроисходит понижение коэффициентов скольжения, что свидетельствует обувеличении концентрации и размеров крупных капель в нем.
Подобное изменениехарактеристикобъясняетсяувеличениемрасходавводянойпленкенаповерхности лопатки, которая впоследствии дробится за выходной кромкой.Помимоизмененийнепосредственноминимумовкоэффициентовскольжения, с ростом влажности происходит перестроение дисперсного составакак на границах капельного следа со стороны спинки ( = 0,4 − 0,45), так и навогнутой поверхности ( = 0,7 − 0,9) профиля на линии 0,1b. С ростом y0 резкоснижаются коэффициенты скольжения капель в области = 0,4 − 0,45 (состороны спинки), что говорит о существенном перестроении в дисперсномсоставе – увеличивается концентрация и размер крупнодисперсной влаги.
В зоне,близкой к вогнутой поверхности профиля уменьшение наблюдается припереходе от y0 = 5,4% к y0 = 8,4%.Несмотря на наблюдаемые перестроения в дисперсном составе влаги,изменение начальной влажности не приводит к существенному расширению зоныприсутствия крупных капель на линии 0,1b. Важно отметить, что четкая покоэффициентам скольжения граница капельной структуры наблюдается только вобласти со стороны спинки, в то время как вблизи вогнутой поверхности профиляона существенно размыта.При удалении от выходной кромки лопатки (линия 0,2b см.
Рисунок 4.4)наблюдается некоторое выравнивание скоростей капельной среды – происходитускорение дискретных частиц под воздействием основного потока. В то же времязонадвижениямелкодисперснойвлагисужается.Приэтомхарактерраспределения коэффициентов скольжения указывает на расширение капельнойструктуры как со стороны вогнутой поверхности, так и со стороны спинки.153Влияние начальной влажности на скоростные характеристики капель вдольданной линии проявляется в значительно большей степени, чем на линии 0,1b.Особенно четко это наблюдается в области вблизи спинки профиля ( = 0,72) увеличение y0 от 3,4% до 8,4% приводит к уменьшению коэффициентовскольжения практически на 20%.
Данный результат говорит о том, что врассматриваемой зоне существенно изменяется концентрация крупнодисперснойвлаги с изменением начального состояния пара.1,1νy0 = 3,40%y0 = 5,40%1y0 = 8,40%0,90,81540,70,6x0,500,10,20,30,40,50,60,70,8Рисунок 4.3.Распределение коэффициентов скольжения вдоль шага решетки на расстоянии 0,1b0,911,05y0 = 3,40%y0 = 5,40%y0 = 8,40%0,950,851550,750,650,5500,10,20,30,40,50,60,70,8Рисунок 4.4.Распределение коэффициентов скольжения вдоль шага решетки на расстоянии 0,2b0,91156Представленный анализ распределения коэффициентов скольжения впотоке показал, что за сопловой решеткой присутствует несколько источниковкрупных капель. Несмотря на то, что четкая граница между ними отсутствует,представленные на Рисунках 4.3 и 4.4 данные указывают на существование 2-хминимумов в скольжении фаз.
Они, как говорилось выше, соответствуюткромочному капельному следу и области вблизи спинки лопатки.Кроме того, наблюдается протяженная размытая граница капельного следасо стороны вогнутой поверхности профиля. Подобный характер поведениякоэффициентов скольжения может свидетельствовать о проявлении третьегоисточника крупнодисперсной влаги со стороны вогнутой поверхности.Имеющиеся данные о векторных полях жидкой фазы позволяют выявитьприроду каждого отдельного источника крупных частиц в потоке путем анализаих траекторий движения, рассчитанных на основе статистически осредненнойкартины течения.4.2. Характеристики крупнодисперсной влаги за сопловой решеткойИсходные точки для расчета траекторий капель расположены в областилокализации капельной структуры за сопловой решеткой, выявленной впредыдущем разделе.
При этом, для определения характеристик только крупныхчастиц (как отмечалось в Главе 3), производилась дополнительная пост-обработкамгновенных полей скоростей для отсеивания мелкодисперсной влаги. Критериемфильтрации является величина коэффициента скольжения: при ν > 0,8 векторчастицы отсеивается. На основе обработанных мгновенных полей скоростейпроизводилась статистическая обработка [57] для получения осредненнойкартины течения.На Рисунке 4.5 представлена форма траекторий крупнодисперсной влагипри различной начальной влажности пара. Стоит отметить, что применениесистемы лазерной диагностики позволило впервые получить эти данные.
Точка 3соответствует центру кромочного капельного следа, а точки 1 и 5 расположены награницах рассматриваемой капельной структуры. Для сравнительного анализа наРисунок 4.5 добавлена траектория капель, формирующих мелкодисперсный157«туман» в ядре потока. Частицы подобных размеров двигаются вдоль линий токапара со скоростями основного потока. Из Рисунка видно, что траектории имеюткриволинейную форму и направлены в сторону уменьшения угла выхода капель;при этом с увеличением начальной влажности пара угол выхода частицдискретной фазы увеличивается.
Особенно явно изменение направлениядвижения с увеличением y0 наблюдается для капель, движущихся со стороныспинки профиля (точки 1 и 2) и внутри кромочного капельного следа (точка 3), вто время как траектории, исходящие из других точек практически нерасслаиваются.Капли, движущиеся вдоль траектории, исходящей из точки 1 (область состороны спинки), имеют углы выхода, равные 37-40о вблизи выходной кромки;при этом угол отклонения жидкой фазы от паровой, определяемый по формуле:Δ = 1к − 1п ,(4.3)(где 1к - угол выхода капли, а 1п - угол выхода пара) составляет 22-23о. НаРисунке 4.6 представлено распределение коэффициентов скольжения и угловотклонения жидкой фазы на траектории, исходящей из точки 1.
В качестве осиабсцисс используется безразмерное расстояние от выходной кромки .Увеличение начальной влажности в рассматриваемой области от y0 = 3,4%до y0 = 8,4% ведет к росту углов выхода капель (вблизи выходной кромки на 3 о) инесущественному снижению их коэффициентов скольжения (вблизи выходнойкромки на 0,02). Это свидетельствует о минимальном изменении дисперсногосостава крупнодисперсной влаги в этой зоне. На всем протяжении своего путикапли ускоряются основным потоком, при этом различие в углах фазуменьшается.158Рисунок 4.5.Траектории крупных капель за решеткой при различной начальной влажности0,7525νΔα, oΔα0,7200,6515νy0 = 3,4%10y0 = 8,4%0,555z0,500,070,110,150,190,230,270,310,350,39Рисунок 4.6.Распределение коэффициентов скольжения и углов отклонения капель вдоль траектории, исходящей из точки 1159y0 = 5,4%0,6160Имеющиеся на данный момент теоретические и экспериментальные данные[21] указывают на то, что дискретные частицы со стороны спинки лопаткидолжны быть сформированы при срывных явлениях на смоченной поверхностиспинки лопатки в диффузорной области.
В таком случае подобные процессыдолжны проявляться в косом срезе решетки как визуально - в виде четких образовдискретных частиц (см. Рисунок 4.1), так и на распределении коэффициентовскольжения - в виде области пониженных значений вблизи спинки (см. Рисунок4.2).
Однако эти эффекты не были установлены. Крупные капли со стороныспинки профиля проявляются на некотором расстоянии от выходной кромки.Характер направления траектории, исходящей из точки 1, вблизи выходнойкромкиговорит отом,чтокапли,летящиевдольнее,попадаютврассматриваемую область из межлопаточного канала со стороны вогнутойповерхности, то есть пересекают кромочный след. Таким образом, источниккрупнодисперсной влаги, наблюдаемой за сопловой решеткой со стороны спинкипрофиля (см.
Рисунок 4.1), расположен перед выходной кромкой лопатки.Существует сразу несколько возможных процессов генерации крупных капель впотоке, которые могут быть причиной наблюдаемой картины [81, 21]:1.Поток первичной влаги, проходящей канал без контакта с егоповерхностями.2.Поток капель, сформированных при срыве водяной пленки споверхности спинки в области максимальной кривизны профиля.3.Сложные процессы отражения и выбивания капель с поверхностейжидких пленок, текущих по спинке профиля.Для реализации двух последних процессов необходимо развитое пленочноетечение на поверхностях лопатки [81].
Однако при рассматриваемых режимахтечения (давлении полного торможения и теоретическом числе Маха зарешеткой) на начальных влажностях y0 = 3,4% и y0 = 5,4% количество оседающихна спинку профиля частиц недостаточно для формирования устойчивой водянойпленки.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
