ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Влияние газодинамических параметров из "Аэродинамика решеток турбомашин " Характеристики вращающихся турбомашин, особенно тех, которые поглощают работу, в значительной степени определяются выбором расчетных параметров, которые обусловливают тот или иной угол атаки. Величина угла атаки зависит от особенностей выбранных рабочих режимов оптимизация таких параметров, как КПД, нагрузка лопаток и диапазон рабочих режимов, требует различных величин угла атаки. Обычно благоприятный угол атаки для одного из этих требований оказывается неоптимальным для остальных. [c.329] Для компрессорных решеток, работающих при дозвуковых скоростях потока, результаты экспериментального исследования. [c.329] Проведенного Картером, как уже упоминалось в разд. 11,1.4, позволили получить надежные данные по углам атаки. Если требуется обеспечить минимум потерь, то определенную по данным Картера величину угла атаки следует несколько уменьшить. Работа [5.84] также служит ценным источником данных по углам атаки на входе в решетку. Для определения условий течения, возникающих при изменении угла атаки, целесообразно использовать данные работы [11.23]. [c.330] Вследствие наличия положительных градиентов давления и, как правило, более острых входных кромок лопаток компрессорные решетки обычно более чувствительны к изменению угла атаки, чем турбинные. Это особенно заметно, когда скорости течения приближаются к сверхзвуковым и устанавливается определенная величина угла атаки. Объяснение этому явлению дано в работе [7.9]. Важность правильной установки компрессорной решетки во время испытаний при высоких скоростях потока подчеркивается в работе [4.2], где указано, что ошибка в угле атаки на 1 может привести к изменению коэффициента потерь в решетке на 20%. [c.330] На рис. 2.6 приведены обобщенные данные по влиянию числа Маха и высоты полета на число Рейнольдса для лопаток. В авиационных двигателях при полете число Рейнольдса в турбинных или компрессорных ступенях может изменяться в 15 раз. Для двигателя истребителя средней тяги это обычно соответствует диапазону чисел Рейнольдса 10 Ке 1,5-10 . [c.330] Комбинированные графики изменения коэффициента потерь в компрессорных решетках в зависимости от числа Рейнольдса приведены в работе [5.84]. Из этих графиков следует, что прп уменьшении числа Рейнольдса до критической величины, находящейся между 0,5-105 2,5-10 , потери в решетке резко возрастают. Аналогичная тенденция отмечается и для угла отставания. Критическое число Рейнольдса заметно изменяется в зависимости от конфигурации профиля решетки, угла атаки, степени турбулентности потока (рис. 2.7) и удлинения лопатки. За критической точкой характеристики решетки изменяются непредсказуемо. Для современных конструкций компрессоров характерно увеличение толщины потери импульса пропорционально 1 е-о1бб уменьшении числа Рейнольдса до критической величины 2-10 . Ниже этой критической величины потери возрастают уже пропорционально Re ° . [c.331] Довольно обстоятельное обсуждение влияния числа Рейнольдса приводится в работе [11.32]. Однако из этих обсуждений не следует делать далеко идущих выводов из-за большого различия в конфигурациях рассмотренных профилей решеток. Так, экспериментальное исследование решеток [11.33] показало, что реактивная решетка менее чувствительная к изменению числа Рейнольдса, чем активная. Этот вывод противоречит аналогичным данным советских исследователей [4.4]. [c.331] На графике рис. 11.10,а приведены результаты экспериментального исследования большого количества решеток эти результаты иллюстрируют самое разнообразное изменение характеристик турбинных решеток в зависимости от числа Рейнольдса. В работе [7.9] описаны многочисленные испытания решеток в аналогичном диапазоне чисел Рейнольдса и получены приблизительно такие же результаты. В работе [11.34], из которой заимствован рис. 11.10,а, дан следующий комментарий к этому рисунку .. . Для описания этих данных нет никакой возможности использовать определенное количественное соотношение. Единственный результат анализа заключается в том, что ситуация теперь начинает проясняться . [c.331] зависимости потерь от числа Рейнольдса как в компрессорных, так и в сопловых решетках одинаковы в том отношении, что за пределами критического диапазона чисел Рейнольдса (приблизительно 10 Ке 10 ) для них явно превалирует единый степенной закон. Зависимость потерь в переходной области при 10 Ке 10 менее предсказуема как для компрессоров, так и для турбин. В пределах этого диапазона чисел Рейнольдса существует большая разница в характере зависимостей потерь для рассматриваемых классов решеток. В случае компрессорных решеток изменения потерь в критическом диапазоне чисел Рейнольдса более резкие, что связано с явлениями отрыва пограничного слоя. Характеристика зависимости потерь от числа Рейнольдса может иметь гистерезис, размеры которого, вероятно, определяются степенью турбулентности потока [7.53]. На рис. 2.7 показано, что от степени турбулентности потока зависит место резкого увеличения потерь. Для надежного расчета характеристик компрессорной решетки в переходной области потребуется дальнейший прогресс в разработке методов расчета отрыва ламинарного и турбулентного пограничных слоев. Отрыв потока в турбинных решетках слабее подчиняется общему закону, так что расчет характеристик этих решеток в переходном диапазоне чисел Рейнольдса определяется процессом ламинарно-турбулентного перехода. Как указывалось в гл. 7, пока не существует расчетных методов определения процесса перехода, которые правильно учитывали бы влияние степени турбулентности в ядре потока. Течение в переходной области может быть как ламинарным, так и турбулентным (но в целом неустойчивым), и для облегчения расчета таких явно разнохарактерных зависимостей потерь, какие изображены на рис. 11.10,а, необходимы достоверные данные о начале и конце процесса перехода. [c.333] Амплитуда колебаний скорости в межлопаточных каналах решеток турбомашин обычно составляет существенную долю от уровня скоростей в ядре потока. Турбулентность в турбомашине не является ни изотропной, ни локально беспорядочной. Ее основные частоты связаны с частотами следования лопаток и т.п. [8.154]. Тем не менее использование современной измерительной техники позволяет разделить периодические и случайные эффекты, а затем наложить соответствующие результаты экспериментальных исследований один на другой. [c.333] Аналогичные данные получены в работе [11.37], где сделано следующее заключение .. . Для того чтобы получить достоверные данные по характеристикам турбины, испытания решеток следует проводить при степени турбулентности потока воздуха, сопоставимой со степенью турбулентности, свойственной реальной турбине . [c.334] В работе [11.38] измерялось поле течения за ступенями плохо спрофилированного вентилятора и обнаружено, что степень турбулентности потока уже за первой ступенью составляла 21%. За следующими двумя ступенями эта высокая степень турбулентности практически не увеличивалась. Результаты же, представленные на рис. 2.9, были получены при исследовании хорошо спрофилированного шестиступенчатого компрессора, где за первыми тремя ступенями степень турбулентности была почти постоянной и изменялась в узком диапазоне от 4,8 до 8%. [c.334] Таким образом, при продувках решеток необходимо воспроизводить режимы течения со степенями турбулентности в ядре потока от 2 до 21%. Обычно стенды для газодинамических исследований рассчитывают так, чтобы степень турбулентности потока была как можно меньше. Такая же практика сохранилась и при проектировании решеточных стендов. Ее преимущество заключается в том, что исходную низкую турбулентность потока в случае необходимости всегда можно повысить, тогда как обратная процедура практически невозможна. Вследствие несоответствия величин степени турбулентности потока в хорошо спрофилированной аэродинамической трубе (Г 0,3 7о) ив реальной турбомашине (2 % Г 21 %) многие результаты продувок решеток, полученные без соответствующих турбулизующих устройств, могут оказаться недостоверными. [c.335] Условия течения с очень высокой степенью турбулентности, встречающиеся во многих турбинах, трудно имитировать обычным способом с помощью турбулизаторов. В работе [4.28] описывается, как была получена степень турбулентности 4,2 % путем установки в потоке группы поперечных стержней диаметром 12,7 мм, расположенных на расстоянии 31 мм один от другого и 413 мм от входного фронта решетки. Сообщается также, что попытки увеличить степень турбулентности потока выше 5% привели к тому, что поле течения перестало быть однородным и изотропным. [c.335] Хотя изменение степени турбулентности потока действительно влияет на поведение как ламинарного, так и турбулентного пограничного слоя, его главный эффект заключается в воздействии на точку ламинарно-турбулентного перехода и процесс отрыва ламинарного пограничного слоя. Как и в случае оценки влияния числа Рейнольдса, характер этого воздействия пока не удается предсказать, так что имеющиеся соотношения для оценки влияния степени турбулентности потока на характеристики решетки не могут быть рекомендованы для широкого применения. В настоящее время основное внимание уделяется оценке влияния турбулентности потока на точку ламинарно-турбулентного перехода и отрыв ламинарного пограничного слоя. [c.335] В СВЯЗИ С большим количеством экспериментальных работ, проведенных на решетках пластин, достоверность экспериментальных данных по началу перехода при нулевом градиенте давления, представленных на рис. 7.1, достаточно высока, тогда как данных по окончанию процесса перехода значительно меньше и они имеют больший разброс. [c.336] Данные работы [7.37] считаются вполне надежными для положительных градиентов давления и значений степени турбулентности потока не более 2%. Достоверных данных для более высоких уровней турбулентности потока пока не получено. [c.336] Вернуться к основной статье