Диссертация (1025751), страница 8
Текст из файла (страница 8)
Максимальная начальная влажность составляла 1,6%. Такимобразом, можно говорить о том, что в исследуемом канале двигаласьпреимущественно мелкодисперсная влага, которая перемещается вдоль линийтока основного потока. Это, а также тот факт, что перед решеткой создаваласьдовольно низкая влажность, не создало условий для активного формированияводяной пленки на поверхности лопатки.Работы, в которых бы сравнивались результаты численного моделированияс экспериментальными данными в условиях развитого пленочного течения,автором найдены не были.1.4.3. Движение крупнодисперсных частиц в межлопаточном сопловомканалеРешение уравнения 1.6 в проекциях на пространственные оси позволилоисследовать характер движения крупнодисперсной влаги в межлопаточныхканалах паровых турбин [95, 86, 43, 38, 82, 130, 50, 7, 71].
При этом во всехработах задавалось распределение дисперсного состава капель, коэффициентыскольжения и угол направления движения перед рассматриваемым каналом.В работе [86] детально рассмотрены траектории движения частиц жидкойфазы в межлопаточных каналах. На Рисунке 1.33 представлены результатырасчета движения капель в решетке направляющих лопаток турбины К – 200-130.При движении в канале, как видно из Рисунка, практически все дискретныечастицы размером 60 мкм оседают на вогнутой поверхности профиля, в то времякак влага диаметром 5 мкм покидает решетку без взаимодействия со стенкамипрофилей. Как уже отмечалось выше, малые размеры частиц способствуютсближению их траекторий с линиями тока паровой фазы, что является прямымследствием силового воздействия со стороны основного потока [80].
На характердвижения дискретных частиц, помимо их размеров, существенно влияютхарактеристики как паровой, так и жидкой фаз. В работе [86] рассматривалось51только влияние начальных скоростей как паровой, так и жидкой фаз. Как видно изРисунка 1.33, переход от равномерного (идеализированного) к неравномерному(приближенному к реальности) полю скоростей перед каналом, форма траекторийкапель перестраивается, и это наиболее четко наблюдается в случае скрупнодисперсной влагой (диаметром 60 мкм). Авторы работы [43] отмечают, чторезультаты расчета траекторий капель носят сугубо индивидуальный характер иони не могут быть универсально распространены на другие режимные параметры.В работе [82] рассматривается движение полидисперсного потока частиц всопловом межлопаточном канале.
На основе проведенного расчета автор получилданные о характере отклонения капель от линий тока основного потока (см.Рисунок 1.34) в решетках различной геометрии и при варьировании режимныхпараметров.Здесь по оси ординат отложена величина:1∗ − 1 ′′1∗ − 0 ′′ 10,(1.7)где 1∗ - координата выходной кромки лопатки вдоль вертикальной оси,совпадающей с шагом решетки (см. Рисунок 1.34), 1 - координата капли i-горадиуса на срезе сопловой решетки (при координате x1 на оси x на Рисунке 1.34);0 ′′ - скорость паровой фазы вдоль вертикальной оси на входе в решетку; 0 ′′ скорость паровой фазы вдоль горизонтальной оси на входе в решетку.
Числительв данной формуле представляет собой отклонение траектории капли от выходнойкромки, а знаменатель – отклонение линий тока пара от выходной кромки.52Рисунок 1.33.Траектории частиц в каналах сопловой решетки турбины К-200-130 приразличных начальных условиях. а – капли размером 5 мкм; б – капли размером 60мкмРисунок 1.34.Отклонение капель от парового потока на выходе из решетки.
I – решетка А (M1t= 1,32, Re = 3,1*105); II – решетка Б (M1t = 0,88, Re = 1,5*105); III – решетка Б (M1t= 0,46, Re = 3,3*105)53По этим результатам можно судить о характере оседания влаги различныхразмеров на поверхности сопловых лопаток. Представление зависимостиотклонения от радиусов частиц в подобной форме позволяет сравнить поведениекапель на разных решетках и при различных режимных параметрах. До радиуса r< 0,5 мкм частицы жидкой фазы фактически не отклоняются от линий токапаровой фазы. В диапазоне 0,5 мкм < r < 20 мкм дискретные частицы слишкомвелики, чтобы полностью следовать за движением пара, вместе с тем онислишком малы, чтобы вообще не увлекаться основным потоком. При этом изграфика видно, что указанные пределы изменяются в зависимости от параметровтечения, а также от конфигурации межлопаточного канала. По Рисунку 1.34 такжеможно судить о том, до какого размера частицы проходят сопловую решетку, непопадая на вогнутую поверхность профиля.
Для частиц, не осаждающихся настенках, выполняется условие: 1∗ − 1 ≤ (где t – шаг решетки). Вся влага, длякоторой данное условие не выполняется, оседает на вогнутой стороне профиля.Таким образом, штрих – пунктирные линии на графике 1.34 не имеютпрактического значения. Для исследованных решеток все капли диаметрамибольше 4 – 6 мкм не проходят канал без контакта с поверхностями лопаток.В работе [43] были получены похожие данные для решетки другойконфигурации. По результатам расчетов было обнаружено, что начиная сдиаметра 10 мкм, частицы жидкости не покидают межлопаточный канал иоседают на поверхностях лопаток.Полученные расчетом граничные траектории капель различных размеровпозволяют выявить сепарационную способность решетки турбомашин.
Крометого, данный подход позволяет оценить коэффициенты сепарации для различныхкапель (масса осевших частиц данного размера к суммарной массе запущенных впотоккапельпозволяютэтоголишьразмера).приближенноОбобщенныеопределитьтеоретико-расчетныедолювлаги,данныеоседающейнаповерхности турбинных решеток [80]. Обобщенные данные для относительнокрупных частиц жидкости представлены на Рисунке 1.21.54Проведенные в [43] исследования оседания полидисперсного потокажидкости на поверхности лопаток дают существенные рассогласования междурасчетными и экспериментальными данными.
Результаты прямых измеренийрасхода через сепарирующую щель на поверхности лопатки говорят о том, чтосепарируется 7 – 10,5% всей влаги, находящейся в потоке. При этом данные,полученные расчетным путем по уравнению 1.6, говорят о выпадении на стенкудо 70% влаги, находящейся в канале. Подобное рассогласование авторы [43]объясняют наличием сложных процессов отражения и уноса капель с поверхностипленок, которые были рассмотрены в разделе 1.3.3.Таким образом, несмотря на то, что подход для исследования характерадвижения крупнодисперсных капель в межлопаточных каналах, описанный вданном разделе, не учитывает большое количество сложных явлений, связанныхкак с межфазовым, так с внутрифазовым взаимодействиями, была полученаважная с практической точки зрения информация о траекториях перемещениячастиц жидкой фазы.
На основе полученных данных можно говорить о том, чтопри диаметре капли больше 5 мкм, ее траектория начинает существенноотклоняться от линий тока паровой фазы, что приводит к более чем 10% долиоседающих частиц влаги на стенках лопаток по отношению к суммарномуколичеству частиц данного размера.Применениепредставленногометодарасчетапредставляетсяперспективным с практической точки зрения при решении обратной задачи. Тоесть, по имеющимся данным о векторных полях паровой и жидкой фазопределить траектории движения жидкой фазы и рассчитать с помощьюуравнения 1.6 диаметры частиц вдоль кривых их движения. Подобный подходпозволит детально изучить характер распределения параметров жидкой фазы внаиболее важной с практической точки зрения области проточной части турбины– межосевом зазоре. Полученные данные дают возможность наиболее детальноисследовать картину взаимодействия крупнодисперсной влаги с входнымикромками рабочих лопаток [71].55Важным аспектом для применения этого метода является получение данныхо характере распределения параметров жидкой фазы в исследуемой области,которые должны представлять собой векторные поля скоростей капель.Применение точечных методов, таких как метод отпечатков [31], методиндикатрисы рассеивания [84], метод лазерной доплеровской анемометрии [16],которыебылииспользованыранеедляисследованияструктурыкрупнодисперсных потоков влаги (см.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
