Диссертация (1025751), страница 5
Текст из файла (страница 5)
С ростом Re,которое изменялось путем регулирования давления полного торможения потока29перед исследуемым объектом, значения коэффициентов скольжения растут вовсех точках поля, при этом увеличение Re способствует уменьшению размеровкапель. Стоит отметить, что значительное влияние этого параметра в первуюочередь связано с изменением плотности несущей фазы.Увеличение плотности несущей фазы, проявляющееся через параметр = к /п (где к - плотность жидкости; п - плотность паровой фазы), как видноиз Рисунка 1.18, г, приводит к существенному росту коэффициентов скольжениякапель в ядре потока.Помимо распределений коэффициентов скольжения вдоль шага за решеткойважно иметь информацию о средних значениях в рамках одномерного подхода[31].НаРисунке1.19представленазависимостьсреднегозначениякоэффициентов скольжения в зависимости от удаления от выходной кромкиканала и некоторых режимных параметров [81].Рисунок 1.18.Влияние чисел Маха (а), Рейнольдса (б), влажности (в) и отношения плотностей(г) на распределение коэффициентов скольжения по шагу за сопловой решеткойтипа С-90-15Б [81]30Рисунок 1.19.Осредненные коэффициенты скольжения за сопловой решеткой в зависимости отрежимных и некоторых геометрических параметров и расстояния от решеткиПри увеличении осевого расстояния коэффициенты скольжения растут, чтоговорит о разгоне крупнодисперсной влаги основным потоком, затем, по мередостижении некоторого расстояния от выходной кромки, влияние зазораослабевает в соответствии с проявлением эффектов коагуляции капель.Помимоскоростныххарактеристик,режимныепараметрытечениясущественно влияют и на дисперсный состав крупнодисперсной влаги.
НаРисунке 1.20 отображены распределения среднемассовых диаметров капель,полученных в результате различных исследований и обобщенных в [21].Сростомначальнойвлажностипарасредниеразмерычастицувеличиваются вдоль всего шага решетки (см. Рисунок 1.20, а). Важно отметить,что при малых значениях y0 характер распределения диаметров несколько иной. Впервую очередь это связано с отсутствием сформированной водяной пленки настенках межлопаточного канала. Дальнейшее повышение начальной влажностиприводит к установлению характерного распределения диаметров капель зарешеткой.Влияние чисел Маха и Рейнольдса (см.
Рисунки 1.20, б, в) такжесущественно на дисперсный состав жидкой фазы за решеткой. В данном случае31это связано с механическим взаимодействием основного потока и дискретнымичастицами: процессами дробления и разгона инертных капель. Происходитизменение аэродинамического сопротивления капель [82], характера волновогодвижения на поверхности пленки [78], интенсивности процессов уноса и срывачастиц [64]. Кроме того, с изменением этих режимных параметров меняютсяструктура и характеристики пограничного слоя.В обобщающих работах [21, 80, 30, 31] указывается на то, что основнымисточником крупнодисперсной влаги за сопловой решеткой является водянаяпленка на поверхностях лопаток, а также процессы, связанные с ней.Рисунок 1.20.Влияние некоторых режимных параметров на дисперсный состав жидкой фазы.
а:от начальной влажности пара; б: от теоретического числа Маха; в: от числаРейнольдса321.3.3. Характер течения водяной пленки на поверхностях лопаткиПроцесс формирования водяной пленки на поверхности, ограничивающеймежлопаточный канал, связан с инерционным осаждением дискретных частицжидкости на стенках профилей [80]. Это в первую очередь касается течения вусловиях, характерных для последних ступеней ЦНД турбины. На Рисунке 1.21приведены приближенные данные о доли капель различных размеров, оседающихна профили решетки [75]. Более подробный анализ движения крупных капель вмежлопаточном канале будет показан в следующем разделе.Рисунок 1.21.Влияние давления пара p и размера капель dк на долю капель η, оседающих налопаткахВажно отметить, что представленные на Рисунке 1.21 данные былиполучены с использованием ряда допущений, которые не всегда выполняются вусловиях течения влажно парового потока.
Однако четко наблюдается тенденция,которая показывает, что капли больших размеров, вследствие своей инертностисущественно отклоняются от линий тока основного потока и оседают наповерхностях межлопаточного канала. Опыты по сепарации влаги со стеноксоплового канала [27, 28] показывают, что по поверхностям лопаток движется ввиде пленки только часть выпавшей жидкости, а ее другая часть возвращается впаровой поток процессами срыва и «отражения» [26]. В общем случае срыв иунос жидкости из пленки может быть связан со срывом и капель с гребней33теряющихустойчивостькапиллярныхволн[65,30]ипроцессами,отображенными на Рисунке 1.14. Стоит отметить, что явления срыва и отражениякапель с поверхности пленки представляют собой достаточно сложные процессы.Их особенности достаточно подробно рассмотрены в [81].
Образование пленкисопровождается отражением обратно в газовый поток некоторого числа частицжидкости. Интенсивность отражения будет расти с увеличением толщины пленки.При достижении критического объемного расхода пленки крнаступает срывкапель с ее поверхности, связанный с образованием волновых явлений наповерхности раздела бинарного подслоя жидкости и парокапельного подслоя.Наконец, при дальнейшем росте объемного расхода, достигается режим теченияпр, при котором количество сорванных и отраженных капель уравниваетсяколичеством осевших на пленку.
В результате толщина и расход в пленке дальшене увеличиваются. В случаях высоких локальных скоростей пара и большихзначений градиентов давления, что характерно для сопловых решеток последнихступеней турбин, можно считать, что кр= пр[24]. Опыты показывают, чтопредельная пропускная способность пленки в любом сечении профиля сопловойлопатки является практически однозначной функцией локальных значенийградиента давления, напряжений трения от парового потока, физическихпараметров жидкости. Дисперсный состав сорванных частиц влаги, движущихся вузком газокапельном слое, имеет двухпиковую структуру при малых значенияхскоростей пара (см. Рисунок 1.22 кривые M = 0,29 – 0,38) и однопиковую прибольщих значениях (см. Рисунок 1.22 кривая M = 0,66) [26].В работе [107] указывается, что существенное влияние на интенсивностьотражения капель имеет толщина пленки (δп).
Коэффициент отражения =отр /вып (отр - расход отраженных капель; вып – расход осевших на пленкукапель) быстро увеличивается с ростом δп. Максимальная интенсивностьотражения имеет место в зонах наименьших скоростей пара, где коэффициенты могут достигать больших значений [26]. Авторы этой работы определили поданным расходных измерений в пленке и расчетам сепарации жидкости на34стенках канала величину коэффициента и величины = сор /вып (где сор расход сорванной с поверхности пленки влаги) при различной начальнойвлажности пара (см.
Рисунок 1.23).Рисунок 1.22.Массовые спектры капель, сорванных с поверхности пленки при различныхзначениях скорости спутного потокаС появлением срыва с поверхности пленки коэффициент по участку 0 – 6составляет около 0,38, а по участку 0 – 7 около 0,67. В сопловых решетках смалым значением угла выхода потока отраженная и сорванная влага с вогнутойповерхности может быть источником образования пленки на спинке профиля,область которой расположена в аэродинамической тени по отношению ктраекториям исходных частиц влаги.
Как показано в [18] расход в ней более чем в5 раз меньше, чем на вогнутой стороне профиля. Эти данные подтверждаютсявизуальными наблюдениями в натурной турбине, проведенными в работе [131].На Рисунке 1.24 представлена картина течения пленки на спинке сопловойлопаткипоследней ступени. Потоки жидкости на поверхности профиляпредставляют собой отдельные струйки, которые формируют сплошную водянуюпленку только вблизи выходной кромки.35Рисунок 1.23.Отражение влаги в сопловом каналеРисунок 1.24.Потоки воды на спинке сопловой лопаткиВолновой характер течения пленки, с которым в первую очередь связанывыше описанные процессы срыва и отражения капель в межлопаточном канале,36подробно рассмотрен в [64].
Полученные данные показали, что в большинствепрактически важных задач граница раздела в пограничном слое имеет сложнуюволновую структуру. В этих работах рассматривалось изменении конфигурацииводяной пленки при различных параметрах течения потока. В частностирассматривалось влияние чисел Re пленки и газового потока:пл = 2 2 2 −1 ;(1.2)г = 01 1 1 −1 ,(1.3)где 2 , - средние скорость и толщина пленки; u01 – скорость несущей фазы вядре потока; индекс 1 относится к газовой, а 2 – к жидкой фазе.
В зависимости отReпл, определяющего расход жидкости в пленке, и числа Reхг меняется форма,длина и высота волн на ее поверхности. Существует несколько характерныхволновых структур на поверхности пленки. При весьма малых Reхг ее поверхностьостается практически гладкой. С ростом Reхг на поверхности раздела образуютсямелкие волны (рябь), быстро перестраивающиеся в плоские (двумерные) волнымалой амплитуды и скорости движения. Дальнейшее увеличение Reхг приводитпоявлению пространственных (трехмерных) волн, возникающих при разрушениидвумерных волн. Они оказываются устойчивыми в большом диапазоне Reхг и Reпл,однако при достижении больших Reхг, характерных для трансзвукового исверхзвукового течения, фиксируются шквальные срывные волны, скоростидвижения которых существенно возрастают.
На этих режимах, как заключается в[30], и происходит срыв и унос в газовый поток полидисперсных частицжидкости, изменяя тем самым его параметры в пристеночной области.Фотографии внешней поверхности пленки при различных числах Рейнольдсапредставлены на Рисунке 1.25.37Рисунок 1.25.Фотографии волновой поверхности пленки при различных числах РейнольдсаReхг и Reпл. а: Reхг=5*105; б: Reхг=8,3*105; в: Reхг=106; г: Reхг=1,33*106; д:Reхг=1,7*106; Reпл=1401.3.4.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
