ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Сход вихрей из "Аэродинамика решеток турбомашин " Завихренность редко сходит с обтекаемой поверхности непрерывно. Периодические компоненты в пограничных слоях быстро увеличиваются до тех пор, пока нелинейные эффекты не начинают определять времена запаздывания и сход дискретных вихрей. Этот процесс с присущим ему запаздыванием. является фундаментальным процессом гидродинамики. И если расчетные методы несовершенны, то часто это является следствием недостаточного понимания процесса схода вихрей. [c.226] Характеристики машин, потребляющих работу, ограничиваются срывом потока, если этому явлению не предшествует потеря лопатками виброустойчивости. Оба эти явления определяются нестационарными эффектами в пограничном слое на лопатках и в следах. [c.226] Нестационарность потока может существовать и в отсутствие срыва, но срывные потоки всегда нестационарны. Созданы приемлемые инженерные методы расчета границы срыва, однако, в конечном счете, удовлетворительный анализ срывных течений можно провести только на основе рассмотрения нестационарности потока. [c.226] Такая же сложная картина течения характерна даже для плоских решеток с невозмущенным потоком на входе. В условиях турбомашин потенциальный поток и следы от лопаток взаимодействуют с другими лопаточными венцами возможно также их взаимодействие с неравномерными полями течения на входе и выходе. Эти взаимодействия влияют на аэродинамические характеристики, уровни излучаемого шума и вибраций лопаток. В заключительном разделе данной главы будут рассмотрены теоретические и экспериментальные исследования таких взаимодействий в нестационарных потоках. [c.226] Расчет частоты схода вихрей основывается на исследованиях Струхаля [8.4]. В результате изучения вибраций кругового цилиндра, установленного поперек потока, им было введено безразмерное число Струхаля 3 = 1й/и. Для круговых цилиндров при докритических числах Рейнольдса с точностью 5 % число Струхаля оказалось равным 0,21 [8.5]. [c.227] Хотя вихревые дорожки в настоящее время можно рассчитать численно, до сих пор нет приемлемого физического объяснения вихревой дорожки Кармана вследствие трудностей определения начала схода вихрей, скорости перемешивания и применения условия устойчивости. [c.227] В классическом анализе устойчивости двух параллельных вихревых шнуров [8.7] Карман показал, что для невязкого потока они имеют первый порядок неустойчивости всегда, кроме случая Ь/а = 0,28. Однако в более позднем исследовании [8.8] было показано, что даже для этого значения Ь/а имеет место более высокий порядок неустойчивости. Вследствие этого, а также известного факта существования вихревых дорожек в турбулентном потоке, становится ясно, что на основе рассмот-рения простой неустойчивости невязкого потока нельзя определить геометрию дорожки. Наблюдаемое на практике согласие с кармановскими определениями следует считать случайным. [c.227] В работе [8.9] предлагается определять устойчивость исходя из условия минимального сопротивления, на основе которого формируется конфигурация вихревой дорожки. Такая гипотеза, хотя она и плодотворна, не имеет физического обоснования. [c.227] Данные по частотам схода вихрей в зависимости от геометрических параметров обтекаемого тела имеют значительный разброс. Большинство исследователей согласны в том, что необходимо учитывать эффекты, связанные с пограничным слоем непосредственно перед отрывом. Эти эффекты невелики при обтекании круговых цилиндров, однако в случае тонких тел, таких, как профили лопаток, влияние пограничного слоя на периодический сход вихрей может быть значительным [8.10]. Предложено универсальное число Струхаля с использованием в качестве характерной длины полной толщины потери импульса в следе [8.11] и толщины вытеснения [8.12]. Эти попытки имеют тот недостаток, что толщина потери импульса зависит от донного давления, а толщина вытеснения — от осевого расстояния в области схода вихрей. Вполне вероятно также существование кратных мод в вихревых дорожках [8.13]. [c.227] В свете этих неопределенностей вполне объяснимо, что величины чисел Струхаля вихревых дорожек за решетками профилей изменяются от 0,1 до 0,4. Из-за трудностей определения параметров пограничного слоя во многих работах в качестве характерной длины в выражении числа Струхаля используется тол-ш,ина выходной кромки профиля [8.14—8.18]. [c.228] До тех пор, пока не будут хорошо изучены соответствующие физические процессы, преждевременно учитывать взаимное влияние вихревых дорожек при расчете течения. Особенно желательно получить экспериментальное подтверждение принципа минимума сопротивления [8.9]. Если принять этот принцип, то можно достигнуть значительного прогресса при расчете геометрических характеристик вихревых дорожек [8.23]. Например, в работе [8.24] на этой основе получено универсальное число Струхаля, не зависящее от донного давления. [c.228] После обнаружения вихревых дорожек за турбинными лопатками был проведен ряд тонких экспериментальных исследований. И хотя область научного поиска только обозначена и физическая сущность явления остается до конца не понятой, потребность в его изучении весьма настоятельна ввиду широкой распространенности этого явления. [c.228] В дальнейшем необходимо продолжить исследования физической природы явления схода вихрей, особенно в направлении применимости результатов при проектировании лопаток. Для этого потребуются новые обобщения данных, учитывающие влияние вихревых дорожек на КПД турбомашин, их акустические и вибрационные характеристики, а также на процессы теплопередачи. Необходимо также развивать численные методы расчета вихревых дорожек, которые могут составить основу при поиске обобщений. Таким образом, в перспективе открывается расширение области исследований. [c.228] Вернуться к основной статье