ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Взаимодействие лопаток с потенциальным потоком и следами из "Аэродинамика решеток турбомашин " Имеются два вида взаимодействия одного лопаточного венца турбомашины с другим потенциальное и следовое. В условиях вращающейся турбомашины часто бывает трудно различить эти два вида взаимодействия. [c.247] Потенциальное взаимодействие обусловлено периодическим изменением поля потенциального течения и его влиянием на соседние лопаточные венцы. В большинстве лопаточных венцов максимальная нагрузка находится в области передних кромок пик разрежения хотя и расположен на поверхности лопаток, но он близок к передним кромкам. Нагрузка на задних кромках венцов относительно мала. В соответствии с этим потенциальное взаимодействие проявляется как влияние поля статического давления лопаточного венца, расположенного ниже по потоку, на течение в предшествующем венце, причем эти лопаточные венцы имеют относительную скорость вращения. Частицы жидкости в области выходных кромок переднего по потоку венца будут находиться под воздействием то высокого, то низкого статического давления с частотой мерцания лопаток последующего венца. [c.247] С увеличением осевого расстояния между венцами это взаимодействие экспоненциально уменьшается. Поэтому эффекты потенциального взаимодействия значительны только при малых осевых зазорах между венцами. [c.247] Вопросам потенциального взаимодействия лопаток посвящено исследование [8.116]. Большое внимание в нем уделяется трудной задаче разделения эффектов потенциального взаимодействия расположенного ниже по потоку рабочего колеса на работу стоящего перед ним направляющего аппарата и эффектов вязкости следов за лопатками этого направляющего аппарата. Один из способов решения этой задачи состоит в искусственном увеличении следов посредством вдува воздуха через щели на лопатках с тем, чтобы независимо изменять следовое взаимодействие. [c.247] Исследования следов от лопаток проводились Лакшминарай-яной и его коллегами некоторые из результатов этих исследований приведены в разд. 7.3. Ими получены обобщенные данные для дефекта скорости по результатам испытаний изолированных профилей, решеток и неподвижных и вращающихся лопаточных венцов компрессоров. Эти данные будут использованы в гл. 11 для оценки влияния осевых зазоров на работу компрессора. [c.248] В простейшем случае совместной работы двух лопаточных венцов — рабочего колеса и направляющего аппарата — следы от первого лопаточного венца сносятся в окружном направлении при их прохождении через второй венец. Более сложная ситуация складывается в случае последовательной работы более чем двух лопаточных венцов. В продолжающихся работах [8.117] детально исследуется прохождение следов, сходящих с лопаток предшествующего венца. Экспериментальные данные [8.118] согласуются с теоретическими представлениями о следовых изменениях [8.119, 8.120]. [c.248] В работе [8.121] на основе собственных опытных данных дан интересный анализ теорий потенциального [8.122] и следового [8.123] взаимодействий. Установлено, что в узком осевом зазоре, где потенциальные и следовые взаимодействия имеют один порядок, простое сложение составляющих приводит к переоценке суммарных сил вследствие нелинейных эффектов. Это заключение согласуется с результатами Сарена и Юдина [8.124], полученными на основе аналогичных теоретических работ в СССР. [c.248] НОЙ частоты, типичных для взаимодействия рабочего колеса и соплового аппарата, на выходных кромках возникает нестационарная нагрузка. [c.249] Экспериментальные исследования колеблющегося профиля [8.127] показывают, что нагрузка на выходной кромке становится значительной в случае приведенной частоты выше 0,6 и далее быстро растет с ее увеличением. В опытах профиль был неизогнутый, и вполне вероятно, что обнаруженные эффекты будут еще больше в случае изогнутой лопатки. Необходимо продолжать подобные опыты в широком диапазоне изменения параметров лопаток, обращая особое внимание на режимы, где существенны нелинейные эффекты, например при естественном сходе вихрей. [c.249] что потенциальное и следовое взаимодействия могут вызвать периодическое изменение нагрузки на выходных кромках в условиях нестационарного потока большинства турбомашин. Поэтому расчет двумерного течения (от лопатки к лопатке) в предположении стационарности потока явно недостаточен. Требуется разработка полностью нестационарных методов с реалистичным моделированием нестационарных течений на выходных кромках. [c.249] Описанные выше явления, естественно, очень сложны, нередко в них участвуют пограничный слой и эффекты вязкости потока. Однако очень полезные сведения были получены сложением общих решений с решениями для отклика лопаток на простые синусоидальные порывы. [c.249] В качестве двух основных типов порывов можно рассматривать поперечный [8.128] и продольный [8.129] порывы. Схематически они показаны на рис. 8.8. [c.249] Впервые теорию нестационарного обтекания профилей дали Карман и Сирс [8.130]. Это было усовершенствование теорий, первоначально разработанных Бирнбаумом [8.131] и другими авторами. В СССР аналогичные работы выполнены Некрасовым [8.132]. [c.250] Сирс показал, каким образом возникает вихревой след, если меняется циркуляция профиля [8.128]. Индуцированная завихренность по тонкому профилю представлялась на различных расстояниях за профилем в виде вихрей в следе. [c.250] Величина представляет квазинестационариую подъемную силу, которая появляется, если нестационарную задачу решать как серию стационарных задач 1 обозначает подъемную силу в идеальной жидкости, когда нет циркуляции вследствие реакции на ускорение жидких масс [уо(- )—присоединенная к профилю завихренность, порожденная порывом, если мгновенную скорость непрерывно поддерживать] 2 представляет нестационарное возмущение вследствие нестационарности скорости жидкости, т. е. вклад от следа. [c.250] Сирс применил выражение (8.1) для случая синусоидальных поперечных порывов. В результате была получена хорошо известная функция для подъемной силы [8.128]. В продолжение этих работ была рассчитана нестационарная подъемная сила на лопатках направляющего аппарата, стоящего перед рабочим колесом [8.133]. [c.250] Реакция профилей на порывы скорости рассмотрена также в работах [8.106, 8.137, 8.138]. [c.251] Простая модель для решеток плоских пластин предложена в работе [8.139]. Расчеты по этой модели хорошо согласуются с данными работы [8.137]. Получено точное решение для несжимаемого потока через решетку плоских пластин без выноса с наложением на него обобщенных порывов [8.140]. Результаты численных расчетов работы [8.142] очень хорошо согласуются с точным решением. [c.251] Метод [8.133] развит в работе [8.141] с учетом эффектов вязкости путем линеаризации уравнений Навье—Стокса. Вязкость потока приводит к увеличению нестационарных сил, но мало влияет на фазу. В работе [8.142] с помощью комбинации поперечного и продольного порывов получено хорошее согласие между результатами расчетов, проведенных для отдельных гармоник возмущения, и экспериментальными данными для лопаток рабочего колеса вентилятора, взаимодействующих со следами от лопаток входного направляющего аппарата. [c.251] В наиболее общей теории [8.123] реакция решетки на нестационарность потока описывается через нестационарную подъемную силу. Эта теория применялась при расчетах ряда случаев нестационарного взаимодействия венцов [8.143]. [c.251] Вернуться к основной статье