Главная  Промышленность 

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 [ 16 ] 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162

Для определения gnp продувается решетка с большим относительным размахом. При этом коэффициент профильных потерь 1пр определяется как отношение потерь полного давления в сред-

нем сечении лопатки к скоростному «апору- и, следовательно,

характеризует потери от трения, вихревые потери на профиле и кромочные потери.

Значительную часть потерь энергии в решетках составляют концевые и вторичные потери, связанные с кривизной межлопаточных каналов, а также наличием поперечных градиентов давлений в канале, вызывающих вторичное вихревое движение в пограничных слоях от вогнутой поверхности по плоским стенкам к спинке.

Энергия, затрачиваемая на поддержание вторичного (вихревого) движения и на преодоление дополнительного трения на плоских стенках, составляет концевые потери.

Их величина зависит от геометрических и режимных параметров: относительной высоты лопаток, угла поворота потока в решетке (изогнутость профиля), конфузорности канала, шага, угла выхода и величины Re (или М).

Любые изменения геометрических и режимных параметров, вызывающие увеличение поперечных градиентов давления в решетке, утолщение пограничного слоя и появление диффузорных участков на выходе увеличивают концевые потери. Коэффициент концевых потерь Ь,понц определяется в результате продувок решеток как разница между коэффициентом суммарных потерь су.ч и коэффициентом профильных потерь пр:

Принятое в теории решеток разделение потерь на концевые и профильные не только правильно отражает физическую природу их возникновения, но и позволяет определить каждую из этих составляющих экспериментально при продувке профилей.

Рассмотрим, как учитывается в теории решеток влияние отдельных режимных и геометрических параметров на их характеристики.

Условия течения потока вязкой жидкости учитываются числом Re:

Re = ,

причем за характерную скорость w принимается относительная скорость выхода (для диффузорных решеток - скорость входа), а за линейный размер / принимается длина хорды лопатки, так как она характеризует протяженность пограничного слоя, определяющего потери трения на профиле.



Данные испытаний решеток получены при диапазоне чисел Re = lO-f-lC, причем, как показали опыты, режим автомодельности имеет место при Re=105 для диффузорных потоков и при Re = 3 -10 для конфузорных потоков.

Характер изменения потерь в решетках и углов выхода потока от числа Re зависит от геометрических размеров (конфузорности и кривизны обводов каналов, толщины выходной кромки, формы профиля, шероховатости) и режимных параметров (угла входа, степени турбулентности, числа М).

К настоящему времени наибольшее число опытных данных получено для дозвуковых скоростей (М 0,4) при малых степенях турбулентности (Ео = 0,5- 1,5%).

При дозвуковом безотрывном обтекании с увеличением Re профильные и концевые потери в решетках непрерывно уменьшаются, особенно интенсивно в зоне малых Re (для профилей с относительно малой толщиной выходной кромки). С увеличением Re пограничный слой становится тоньше, область перехода ламинарного слоя в турбулентный смещается против потока и увеличивается наполнение профиля скорости в турбулентном участке слоя. Смещение области перехода уменьшает интенсивность снижения потерь с ростом Re, однако начало зоны практической автомодельности сдвигается в сторону больших Re = (6- 10) • 10. Угол выхода из решетки непрерывно уменьшается с увеличением Re < Re„p.

Влияние вязкости проявляется в связи с отрывом пограничного слоя, который возникает на тех участках профиля, где градиент возрастающего по потоку давления превосходит критическую величину, которая зависит от вида пограничного слоя и местных условий обтекания профиля.

В общем случае при обтекании решетки имеют место два диффузорных участка: на входе вблизи критической точки перехода ламинарного слоя в турбулентный и на выходной кромке, где поток отрывается из-за конечной толщины выходной кромки.

Влияние вязкости ввиду образования пограничного слоя и отрывов сглаживает теоретическое распределение скоростей, определенных для той же решетки в потоке невязкой жидкости.

Исследование плоского потока вязкой жидкости через решетку производится методами теории пограничного слоя и теории турбулентных струй.

Однако из-за турбулентного течения в решетке расчетные методы носят полуэмпирический характер, поэтому большое значение приобретают экспериментальные исследования.

При Re>105 влияние вязкости проявляется вблизи профилей только в пределах тонкого пограничного слоя с толщиной б ~ 54



=» Re (если слой ламинарный) и Re/i" (если слой турбулентный) .

Вне пограничного слоя поток можно считать невязким. Давление в каждом поперечном сечении можно считать постоянным и равным давлению в потоке невязкой жидкости. Это давление соответствует обтеканию решетки профилей, утолщенных на величину толщины вытеснения двыт-

Величина бвыт обычно настолько мала, что ее влиянием на распределение скорости невязкого потока можно пренебречь.

Особенно велико влияние числа Re на потери напора и угол выхода потока при отрывном обтекании спинки и для профиля с относительно толстой выходной кромкой, когда отрыв потока на спинке или на кромке происходит до точки перехода ламинарного слоя в турбулентный. В этом случае при увеличении Re происходит турбулизация слоя в зоне отрыва и отрыв смещается по потоку: потери резко уменьшаются.

Начало зоны практической автомодельности по числу Re зависит от многих геометрических и режимных параметров. В частности, с ростом начальной турбулентности потока и уменьшением угла входа Pi < Pipac4 значение Renp уменьшается.

Приближенная оценка влияния числа Re может быть произве-

дена по формуле, рекомендуемой Н. М. Марковым: = о/" >

где I - коэффициент потерь при Re, а о - при Reo. В области малых чисел Re, т. е. при ламинарном пограничном слое, а = 2, при больших Re (что соответствует турбулентному пограничному слою) а = 5. Насколько велика разница, можно судить по тому, что в первой области изменение Re вдвое означает изменение i на 41%, а во второй -на 12%- Это можно учесть и при помощи графика (рис. 17).

Имеющиеся в атласах аэродинамические характеристики решеток профилей получены в аэродинамических трубах при малой степени турбулентности (Ео = 0,0050,15). Под степенью турбулентности Ео подразумевается отношение средней квадратичной пульсационной скорости Аи к средней скорости течения v. Изменение степени турбулентности приводит к смещению зоны перехода ламинарного пограничного слоя в турбулентный на обтекаемой поверхности и тем самым влияет на сопротивление профиля.

Ориентировочное определение влияния степени турбулентности Ео на профильные и концевые потери может быть произведено при помощи графика (рис. 18).

Теоретически определить степень турбулентности потока и ее влияние на характеристики решеток невозможно.



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 [ 16 ] 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162