ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Вторичные течения в потоке вязкой жидкости. Экспериментальные исследования из "Гидродинамика решеток турбомашин " В соответствии с современными теоретическими и экспериментальными исследованиями решеток турбомашин рассмотрим установившееся течение через прямую решетку, представляющую собой систему одинаковых цилиндрических лопаток, ограниченных двумя плоскостями, которые перпендикулярны к образ ющим лопаток. [c.431] Основным, или первичным, считается плоское течение, которое можно рассматривать либо как предельное, к которому стремится действительное пространственное течение через прямую решетку при бесконечном увеличении расстояния между ограничивающими плоскостями, либо как течение через прямую решетку лопаток конечной длины и без зазора у торцов при отсутствии трения на ограничивающих плоскостях. [c.431] Вторичным течением называется воображаемое дополнительное течение, обусловленное концевыми явлениями — трением об ограничивающие стенки и влиянием радиального зазора. Суммирование в каждой точке параметров вторичного течения с соответствующими параметрами первичного дает действительные параметры пространственного потока вязкой жидкости через прямую решетку. Следует отметить, что определенное таким образом вторичное течение вообще не соответствует никакому физически возможному движению жидкости и рассматривается лишь как наглядная характеристика действительного потока. [c.431] В кольцевых решетках как неподвижных, так и врашающихся концевые явления усложняются ввиду пространственного характера и нестационарности основного потока, а также потому, что там возникают дополнительные вторичные потери, связанные с перетеканием пограничного слоя вдоль образующих лопаток. [c.431] Вторичные течения рассматриваются и в др чих случаях, например при течении в каналах и в трубах. [c.432] Профильными потерями в плоском потоке через решетку мы называли потери, связанные с трением вязкой жидкости о поверхности лопаток и с отрывом потока на них. Дополнительные потери в потоке через прямую решетку по сравнению с потерями в основном (плоском) потоке называются концевыми потерями и делятся условно на две части на потери, обусловленные наличием зазора, и на вторичные потери, возникающие при отсутствии зазора. Ниже мы будем рассматривать только вторичные потери. [c.432] Определение полного коэффициента потерь С отличается от определения коэффициента профильных потерь С р только тем, что интегралы формул (51.3) — (51.6) распространяются на всю площадь сечения потока за решеткой. [c.432] Длинными назовем лопатки такой длины, при которой вторичное течение в средней плоскости практически отсутствует иначе говоря, в длинных лопатках вторичные течения, возникающие у двух концов лопатки, практически не взаимодействуют между собой и, следовательно, не зависят от длины лопаток А. В этих лопатках коэффициент вторичных потерь Сдт обратно пропорционален их относительной длине. [c.432] Несмотря па многочисленность исследований вторичных течений в решетках, до настоящего времени отсутствуют надежные практические рекомендации по выбору величины коэффициента вторичных потерь и не ясны пути его теоретического определения. [c.432] Вторичные течения наблюдались впервые в виде движения наносов по дну реки на повороте, от вогн) того берега к выпуклому, и обратного движения воды на поверхности. Подробный анализ этого явления дал в 1914 г. Н. Е. Жуковский [27]. [c.432] Рассмотренная схема дает в данном и более сложных случаях ) правильную качественную картину вторичных течений, объяснение которых иным путем затруднительно. [c.433] Другое, в настоящее время более распространенное, объяснение возникновения вторичных течений основано на анализе сил, действующих на частицу жидкости при повороте. Далеко от дна канала центробежная сила каждой частицы в ее относительном движении уравновешивается разностью давлений в плоскости поворота. Частицы жидкости, находящиеся ближе ко дну канала, имеют из-за трения о дно на предшествующем участке канала меньшую скорость и, соответственно, меньшую центробежную силу. Разность центробежных сил частиц, расположенных на различных расстояниях от дна, вызывает разность давлений в вертикальной плоскости, которая заставляет частицы у вогнз того берега канала перемещаться вниз. При этом частицы, обладающие большей скоростью основного движения, движутся во вторичном течении в направлении радиуса поворота и вытесняют частицы, имеющие меньшую скорость движения, к выпуклому берегу канала. [c.433] Необходимо отметить, что оба приведенных рассуждения хотя и наглядны, но не отличаются строгостью. Несмотря на кажущееся различие приведенных схем возникновения вторичных течений, обе они соответствуют различному физическому истолкованию одних и тех же уравнений пространственного движения жидкости. [c.433] Общая характеристика вторичных явлений в решетке дана на рис. 146 (изображены половины лопаток, прилежащие к нижней торцовой поверхности). [c.433] тстицы газа, находящиеся в пограничном слое на торцовой поверхности, движутся в направлении перепада давления поперек межлопаточного канала от вогнутой поверхности одной лопатки к сг инке другой. Траектории частиц в пограничном слое устанавливаются экспериментально, например с помощью краски, наносимой на поверхность лопаток [13]. В силу неразрывности течения в основном потоке возникает обратное движение газа, которое в сумме с пере.мещением пограничного слоя и образует вторичное течение. Иначе можно сказать, что вихри, находящиеся в пограничном слое, вызывают движение и в основном потоке. [c.433] Рассматривавшиеся вихревые схемы вторичных течений идеальной жидкости в решетках показаны на рис. 147. [c.434] Простейшая вихревая схема (рис. 147, а) содержит парный вихрь, выходящий из межлопаточного канала, и вихревую пелену за кромками лопаток. Наличие вихревой пелены обусловлено разрывом скоростей, вызванных парными вихрями в соседних каналах. Данная схема не имеет ни теоретического, ни экспериментального обоснования. Циркуляция Г Г (циркуляция вокруг лопатки) и положение вихрей (величина Л ), от которых зависит индуктивное сопротивление решетки, являются, по существу схемы, произвольными. [c.434] Полное теоретическое исследование описанной пространственной схемы вихревого движения встречает, однако, большие трудности. Линеаризация этой схемы (рис. 147, в), обычная для теории индуктивного сопротивления крыла, основана на предположении о малости скоростей вторичного потока по сравнению со скоростями основного потока. Действительный поток рассматривается при этом как сумма основного потока, в котором движение происходит в плоскостях, параллельных торцовым стенкам, и вторичного потока, возникающего в поверхностях, перпендикулярных к линиям тока основного потока. За решеткой в основном потоке все линии тока тоже считаются параллельными. Вторичный поток в перпендикулярной к ним плоскости можно рассматривать как плоское вихревое движение идеальной несжимаемой жидкости. При линеаризации задачи интенсивность вихревой пел ны, сходящей с кромок лопаток, не зависит от вторичных течений, в озникающих в межлопаточном канале, а определяется только изм не.шем циркуляции в зависимости от заданною изменения скорости вдоль лопатки перед решеткой. [c.435] Выражение для вихря вторичного течения в такой форме было дано Хауторне [109]. Приведенный вывод аналогичен выводу формулы Эртеля (см. [40]). [c.437] Вернуться к основной статье