ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Отрыв потока и закромочные следы из "Аэродинамика решеток турбомашин " Пограничный слой может случайно оторваться с любой поверхности лопатки. Отрыв потока может произойти на каком-то (большом или малом) участке поверхности лопатки без последующего присоединения или в начале закромочного следа, распространяющегося от выходной кромки лопатки. [c.215] В случае обтекания изолированных профилей различаются три режима отрыва потока, описанные в работах [7.49—7.51]. Они соответствуют течениям в пограничном слое, хорошо известным исследователям потоков в решетках при пониженных углах атаки. [c.215] В решетках, имеющих значительные зоны отрыва, первоначальное место отрыва потока обычно известно заранее или рассчитывается. Область отрыва затем может быть включена в расчет поля течения путем добавления распределения источников, выбранного таким образом, чтобы удовлетворить заданным граничным условиям за местом отрыва потока. Подходящим условием является постоянство статического давления в направлении потока. Расчеты поля течения такого типа выполнены в работах [7.58] и [7.59]. [c.216] В любом случае, если лопатка имеет выходную кромку конечной толщины или определенной кривизны, будет происходить отрыв потока в тот момент, когда он достигнет выходной кромки. Поток за выходной кромкой уже представляет собой закромоч-ный след. Существует описание закромочных следов и условий их возникновения. Оно дополняет общую картину обтекания лопатки. [c.216] В процессе реализации обширной экспериментальной программы Лакшминараяна с коллегами исследовали закромочные следы в рабочих и направляющих решетках компрессора. Распределение скоростей в потоке в осевом, тангенциальном и радиальном направлении измерялось с помощью стационарных и установленных на рабочем колесе проволочных термоанемометров [7.60]. [c.217] Вращение использовалось для перераспределения энергии турбулентного потока при этом интенсивность турбулентности в радиальном направлении увеличивается до ее уровня в осевом и тангенциальном направлениях [7.61]. [c.217] Построенные профили скоростей свидетельствуют о том, что скорости в закромочном следе распределяются по закону нормального распределения Гаусса [7.62]. Это подтвердили измерения в сечении за выходным фронтом решетки на расстояниях, превышающих 30 % от ее ширины [7.63]. Вблизи выходной кромки скорости в закромочном следе уже не распределяются по закону Гаусса, и профили скоростей здесь больше соответствуют пограничному слою. [c.217] Б работе [7.64] было установлено, что влияние вращения и аэродинамической нагрузки лопаток на распределение скоростей и степени турбулентности в потоке проявляется лишь в ограниченной области вблизи закромочного следа. Профиль скоростей в этой области оказался существенно трехмерным. Особенно высоки были радиальные компоненты скорости, а уменьшение скорости по всем направлениям происходило наиболее быстро в зоне вблизи выходной кромки. [c.217] Наличие флюктуаций скорости в процессе торможения потока в закромочном следе, описанных в работе [7.62], хорошо согласуется с данными других авторов. В работе [7.65] на основании вязкостной модели вихря успешно рассчитано торможение потока в закромочном следе и обнаружена сильная зависимость интенсивности торможения от градиента давления в направлении потока. [c.217] В работах [7.66, 7.67] получены данные по влиянию изменения турбулентности основного потока на закромочные следы. В последней работе также до некоторой степени успешно использованы дифференциальные методы для расчета турбулентных закромочных следов. [c.217] Теперь, определив параметры течения в пограничном слое на выходной кромке, мы можем рассчитать изменение толщины вытеснения в закромочном следе. [c.218] В первом приближении, вполне подходящем для многих компрессорных решеток, работающих на режиме, близком к расчетному, изменением статического давления поперек закромочного следа можно пренебречь. В этом случае закромоч-ный след получается прямолинейным. Однако у многих лопаток нагрузка на выходные кромки значительна, вследствие чего средняя линия закромочного следа имеет определенную кривизну, особенно вблизи выходной кромки. [c.218] Это уравнение, связывающее распределение давления с кривизной средней линии закромочного следа и параметрами пограничного слоя (и учитывающее, таким образом, вязкостные эффекты), в принципе может быть решено итерационным способом. Такие комбинированные эффекты были рассмотрены в работе [7.70], где при расчете обтекания одиночного профиля использована модель двойной вихревой пелены , толщины которой соизмеримы с толщиной вытеснения и толщиной потери импульса в пограничном слое. [c.219] Расчет развития закромочного следа между выходным фронтом решетки и течением на бесконечности за решеткой должен учитывать эффекты смешения. Для этой цели наиболее целесообразно использовать теорию смешения в контрольном объеме закромочного следа, разработанную Стюартом [7.71]. [c.219] Теория пограничного слоя не в состоянии обеспечить точный расчет течений с отрывом потока, поэтому нужна разработка новых физических моделей, которые позволили бы избежать необходимости решения уравнений Навье—Стокса в общем виде. [c.219] Точное моделирование подробностей течения вблизи выходной кромки можно, по-видимому, осуществить с помощью так называемой трехслойной модели [7.72]. В этой модели предполагается, что эффекты отрыва потока локализуются в узкой области, примыкающей к закромочному следу. Течение на поверхности подразделяется на три слоя невязкий безвихревой верхний слой, невязкий, но вихревой, средний и вязкий вихревой нижний слой. Считается, что область, где потоки как на спинке, так и на корытце профиля соответствуют трехслойной модели, начинается неподалеку от выходной кромки. Расчетную схему можно несколько упростить, если сделать предположение о постоянстве вязкости или турбулентных напряжений за пределами нижнего слоя. Для этого случая в работе [7.73] рассмотрен вопрос о возможности получения точного решения задачи отрывных течений и ее приложения к обтеканию решеток. [c.219] Вернуться к основной статье