Методы экспериментального исследования решеток

Рассмотрены научно-теоретические методы исследования течений газа в решетках турбин и компрессоров, результаты исследований решеток в широком диапазоне скоростей в однофазных и двухфазных средах. Изложены современные методы экспериментальных исследований решеток, описаны приближенные методы расчета газодинамических характеристик решеток. Уделено внимание проблеме оптимизации профилей и геометрических параметров решеток применительно к конкретным условиям эксплуатации. [c.143]

МЕТОДЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ РЕШЕТОК [c.77]

Как уже указывалось, большую практическую роль играют экспериментальные исследования решеток. По-видимому, первые в мире опыты с моделями плоских решеток поставил в 1902 г. Н. Е. Жуковский в аэродинамической трубе Московского университета. Одновременно с развитием теории решеток, успехами конструирования и расчета турбомашин, а также ростом техники аэродинамического эксперимента развивались и совершенствовались методы экспериментального исследования решеток и возрастала практическая роль их результатов. В пятидесятых годах в нашей стране были созданы, в основном в научно-исследовательских институтах и на заводах авиационной промышленности и турбостроения, оригинальные конструкции установок, на которых были проведены важные исследования решеток, имевшие большое значение для авиационной и ракетной техники и для энергетики. Часть этих установок и исследований описана в обширной литературе, рассмотрение которой выходит за рамки настоящ,е-го обзора. [c.134]

Установки У-3 и У-4 решали частные задачи экспериментального исследования решеток. В 1955 г. была создана установка У-5 (рис. 175 и 176). представляющая собой закрытую аэродинамическую трубу для исследования лю бых прямых решеток или каналов в статических условиях с широким диапазоном изменения параметров потока и с применением оптических методов исследования ). Рабочая часть установки системой трубопроводов соединяется с компрессором или атмосферой на входе и, соответственно, с атмосферой или с эксгаустером на выходе. [c.500]

В гл. 4 и 5 приводятся результаты экспериментальных исследований решеток и турбинных ступеней, работающих на влажном паре. Приближенные методы расчета отдельных составляющих потерь сопоставляются с опытными данными. [c.5]

Коэффициенты потерь. Экспериментальные исследования решеток, работающих на влажном паре, с помощью пневматических зондов и методом взвешивания показывают существенный рост потерь энергии с увеличением начальной влажности, пара. [c.83]

Для современной теории решеток характерно усложнение моделей течения и свойств жидкости, использование ЭЦВМ, обсуждение вопросов разрешимости задач и устойчивости решений, применение современных методов экспериментальных исследований. В этой области работает много ученых и инженеров из научно-исследовательских учреждений и учебных заведений, имеющих отношение к турбомашинам. [c.104]

Основными направлениями дальнейшего развития теории решеток можно считать, во-первых, усовершенствование и расширение практики применения известных методов и, во-вторых, разработку проблем нестационарного и пространственного течения в турбомашинах (включая проблему аэроупругости) с учетом свойств реальных жидкостей. Решение указанных проблем требует разработки новых моделей течения, широкого использования современной вычислительной техники и новых методов, экспериментальных исследований. [c.152]

Книга состоит из 11 глав и посвящена в основном теоретическим и экспериментальным исследованиям решеток компрессоров и турбин. Рассмотрены экспериментальные методы исследования плоских течений при малых и больших скоростях потока, некоторые эффекты пространственных и нестационарных течений. Изложена математическая теория двумерных течений несжимаемой идеальной жидкости и сжимаемого идеального газа, а также вязких течений. Большое внимание уделено вопросам сходимости результатов расчета с экспериментальными данными и использованию результатов исследования решеток при проектировании пространственных лопаточных венцов турбомашин. [c.5]

Вполне возможно, что есть и другие важные вопросы, ответы на которые можно получить в экспериментальных исследованиях решеток при малых скоростях потока. До тех пор, пока не будут созданы совершенные методы расчета течений, всегда будет существовать потребность проверки точности расчетов сравнением с экспериментальными данными. [c.64]

Экспериментальный стенд играет важную роль при проверке эффективности новых численных методов. Ни один такой метод не должен получить широкого практического применения до тех пор, пока он не пройдет проверки путем сравнения его результатов с данными продувок соответствующих решеток. Это не говорит о том, что продувка решеток всегда дает правильный ответ. Есть еще много трудных проблем, касающихся экспериментального исследования решеток, которые предстоит решить, особенно в случае высоких скоростей потока. [c.349]

Неудача попыток создания удовлетворительных численных методов расчета компрессорных лопаток, работающих на нерасчетных режимах течения, определенным образом связана с возникновением отрывов потока. Существуют также серьезные затруднения в использовании теории решеток при проектировании радиальных турбомашин. Для повышения точности расчетов течения в турбомашинах потребуется провести большое количество экспериментальных исследований, а затем проявить настойчивость и терпение в деле внедрения полученных результатов в методики численного расчета. Экспериментальное исследование решеток может сыграть важную роль в процессе решения любой проблемы, связанной с распространением срыва в компрессорах. [c.350]

Характеристики решеток могут быть получены как теоретическим, так и экспериментальным путем. Методы гидродинамической теории решеток, берущей свое начало еще из работ Н. Е. Жуковского и С. А. Чаплыгина и развитой в трудах Н. Е. Кочин.а, Л. А. Симонова и др., находят широкое применение в практике создания осевых насосов и стационарных компрессоров. В авиационной практике используются главным образом экспериментальные характеристики компрессорных решеток. Первые экспериментальные исследования решетки профилей были проведены Н. Е. Жуковским в 1902 г. в аэродинамической трубе Московского государственного университета. В настоящее время испытания плоских компрессорных решеток проводятся на специальных установках. Схема одной из них изображена на рис. 2.25. Поток воздуха, обтекающий [c.80]

Понятно, что эффективное использование решеток невозможно без серьезного теоретического и экспериментального исследования их дифракционных свойств. Первые работы такого плана появились в начале двадцатого века. Вуд усовершенствовал дифракционную решетку, нанеся на нее борозды известной геометрической формы, что позволило определять распределение энергии по отдельным спектрам, и экспериментально обнаружил свойство аномального рассеяния волн [13, 14]. Рэлей первый представил рассеянное поле вблизи периодической структуры в виде разложения в ряд по плоским волнам, теоретически исследовал дифракцию волн на эшелетте [15,16] и создал один из наиболее известных приближенных методов, которыми располагала теория дифракции до появления строгих решений. [c.6]

В работах [25, 235] исходная задача сведена путем обращения части оператора, соответствующей задаче дифракции на отдельном круговом цилиндре, к бесконечной системе линейных уравнений второго рода. Показано, что при произвольных значениях параметров задачи решение этой системы можно получить методом усечений, обладающим в данном случае экспоненциальной сходимостью. При малом отношении радиуса цилиндров к периоду решение найдено методом последовательных приближений, что дало возможность уточнить известные ранее приближенные формулы. Проведен большой систематический анализ свойств рассеянных полей в резонансном диапазоне длин волн. В недавно появившейся работе [147] приводятся наиболее полные данные результатов экспериментального исследования периодических структур из круглых металлических брусьев. Ряд сведений о свойствах этих решеток можно найти также в работах [6, 18, 22, 74, 236, 237]. [c.64]

Этот пример показывает целесообразность использования теоретических методов расчета решеток для получения качественной структуры соотношений в компрессорной решетке. Ниже приведены результаты теоретического и экспериментального исследований компрессорных решеток, в которых, как правило, теоретические методы использовались для получения качественных результатов, а экспериментальные — для уточнения численных коэффициентов, входящих в выведенные теоретическим путем формулы. [c.70]

Современные турбомашины обычно работают при ограниченных дозвуковых скоростях потока и с маловязкими жидкостями, поэтому эффекты сжимаемости и вязкости невелики, хотя на практике именно эти аффекты определяют технические характеристики турбомашин. В теории решеток, как и в теории крыла, учет сжимаемости и вязкости среды производится на основе общих методов гидродинамики, а также данных экспериментальных исследований. [c.126]

Разработанные методы учета эффектов сжимаемости и вязкости жидкости, а также результаты экспериментальных исследований завершали развитие рассмотренной выше теории решеток в плоском установившемся потоке и использовались в практических приложениях. [c.134]

Энергетические и аэродинамические характеристики решеток зависят как от их геометрии, так и от режимных параметров. Существующие теоретические методы определения коэффициентов I, X и угла выхода, особенно с учетом вязкости, сжимаемости, влажности, нестационарности и неравномерности потока, весьма громоздки, трудоемки и недостаточно точны. Поэтому в настоящее время аэродинамические характеристики определяют чаще всего опытным путем или на основании обобщения экспериментальных исследований. [c.51]

Газодинамическая и тепловая эффективность решеток турбин включает коэффициент профильных потерь, угол выхода потока из решетки, распределение статического давления и коэффициента трения по внешнему контуру профиля. В охлаждаемых лопатках турбины с простейшей открытой схемой охлаждающий воздух выпускается через щель в выходной кромке профиля, взаимодействует со следом за решеткой и изменяет его структуру. Современные методы расчета течения в решетках турбомашин представлены в [1 ]. Экспериментальные исследования приведены в [1, 5, 6]. Анализ струйных турбулентных течений представлен в [7], в которой использованы различные расчетные методы полуэмпирические модели [7] интегральные методы в моделях тонкого пограничного слоя и сильного взаимодействия [8] частные аналитические решения уравнений Навье - Стокса [9] совместно с моделями турбулентности [10]. [c.12]

Методы расчета пограничного слоя применительно к решеткам можно проверить путем сравнения с экспериментальными данными, полученными из различных источников. Помимо этих данных по исследованию решеток, есть еще экспериментальный материал по продувкам одиночных профилей. Аналогичные теории, разработанные в самых различных областях газодинамики, часто могут быть успешно использованы для решения задач течения в турбомашинах. [c.204]

Проверка соответствия решеточной теории и эксперимента является существенным этапом в оценке достоверности любого численного метода. Однако сами по себе результаты исследования решеток, как теоретические, так и экспериментальные нельзя автоматически переносить на характеристики реальных турбомашин. Вопрос о достоверности результатов исследования решеток может быть решен только путем иХ сравнения с данными экспериментального исследования потока в проточной части турбомашины. Ценность кольцевых решеток как полезного промежуточного этапа исследований была показана в гл. 3. [c.309]

Основная цель обоих этих подходов заключалась в создании эффективных методов расчета и проектирования турбомашин и накопления информативного материала. Для удовлетворительного решения проблем расчета и профилирования сложных и восприимчивых к изменению газодинамических условий течения решеток современных высокоскоростных и высоконагруженных турбомашин необходимо комбинировать оба подхода. Эмпирические и полуэмпирические формулы и соотношения будут необходимы для предварительного анализа, предварительных параметрических расчетов и оценки тех параметров и явлений, которые до сих пор ие поддаются фундаментальному теоретическому анализу. Мощную вычислительную технику следует использовать только в том случае, когда проект заслуживает особого внимания эта техника обеспечивает рамки и структуру для подробного газодинамического расчета. Существует настоятельная потребность творчески и дальновидно навести мосты между фундаментальной теорией и инженерными расчетами. Для того чтобы переработать поступающую в результате многочисленных экспериментальных исследований информацию, необходим солидный теоретический багаж. Вычислительную [c.348]

Практический интерес к расчетным методам определяется также сложностью полного моделирования двухфазных потоков из-за большого числа определяющих безразмерных параметров, что затрудняет перенос результатов модельных испытаний на натурную проточную часть. С аналогичными трудностями связаны попытки анализа некоторых важных, физических процессов (меж-фазное трение, тепломассообмен, дробление и коагуляция и т. д.). Решению этих проблем могут способствовать расчетные исследования. Создание надежных методов расчета неодномерных двухфазных течений необходимо для оптимизации решеток и ступеней турбин, работающих в области влажного пара. Принципы оптимизации таких решеток сформулированы выше на основе анализа и обобщения результатов экспериментальных и расчетно-теоретических исследований. [c.125]

Задача оптимизации решеток, работающих иа влажном паре, требует накопления экспериментального материала, устанавливающего влияние отдельных геометрических параметров на характеристики решеток. Ниже приводятся результаты некоторых исследований сопловых решеток методом взвешивания одиночной лопатки, полученные Д. А. Шишкиным [Л. 48, 124]. Определялись потери энергии углы выхода ш, коэффициенты расхода ц и скольжения v в зависимости от шага решетки I, угла установки ау, относительной высоты лопатки I и толи ины выходных кромок д. [c.91]

Трудность расчетного определения полей деформаций и напряжений у вершины трещины привела к необходимости разработки и применения экспериментальных методов исследования деформаций и напряжений. В настоящее время достаточно хорошо разработаны и эффективно используются методы фотоупругих покрытий, сеток, муара, тензометрии, рентгеновского анализа, травления, дифракционных решеток, электронной микроскопии, фазовой интерференции, нанесения медных покрытий, голографии, прямого наблюдения полированной поверхности образцов (1, 10, 6, 34, 49, 56, 130, 187, 199, 260, 261, 287], позволяющие исследовать поля деформаций при статическом и циклическом [c.15]

С развитием методов исследования, широко использующих теоретические и экспериментальные характеристики плоских решеток, результаты изучения структуры потерь давления и характеристик кольцевых решеток лопаточных венцов турбомашин, стал возможен и иной подход к расчету характеристики вентилятора. [c.843]

Изложены результаты исследований двухфазных сред капельной и пузырьковой структуры в теплообменниках, проточных частях влажнопаровых турбин, в трубах, соплах, местных сопротивлениях различного рода. Описаны методы экспериментального исследования и испытаний оборудования в лабораторных и эксплуатационных условиях, приведены оригинальные расчетные методики. Даны рекомендации по оптимизации параметров сопловых и рабочих решеток влажнопаровых ступеней. [c.2]

Итак, по мнению автора, работу в области теоретического и экспериментального исследования течений в решетках ожидает интересное и плодотворное будущее. Сложные численные методы расчета послужат основой для разработки эффективных методик проектирования решеток, и если они будут учитывать эффекты вязкости и пространственности потока, то в этом направлении будут достигнуты большие успехи. Численные методы будут приспосабливаться к интерактивным режимам работы с использованием подходящих дисплеев с графопостроением, что позволит освободить инженера-газодинамика от черновой математической и графической работы и позволит ему сконцентрировать свои усилия на творческих аспектах проектирования. Численные методы расчета обеспечат точные результаты только в том случае, если будет получена достоверная и подробная информация относительно физической картины течения. Жизненно важная роль в деле получения такой информации останется за экспериментальным исследованием решеток. [c.351]

При определении влажности по сечениям лопаток наиболее сложным является оценка доли крупнодисперсной влаги. В нервом приближении на основании экспериментальных исследований турбинных ступеней, решеток и сопел, а также детальных расчетов многоступенчатых турбин, работающих во влажном паре, можно предложить метод определения доли круннодисперсной влаги к = f (z) в зависимости от места возникновения влаги в проточной части турбины (рис. 7.19). Если влага возникла в четвертой ступени от конца турбины (з — 3), то в соответствии с рис. 7.19-доля крупподпсперсной влаги за последней ступенью "к = 0,28. Эта зависимость построена при конечном давлении за последней ступенью-р = 0,005 МПа. С ростоА давления доля крупнодисперсной влаги будет уменьшаться в соответствии со значениями поправочного коэффициента Кр (рис. 7.19, б) и тогда к = Р кр. [c.291]

Большинство из изложенных методов иллюстрировано примерами применения и подтверждено результатами экспериментальных исследований. В соответствии с практикой работы автора, примеры применения относятся в основном к решеткам турбин, что наложило известный отпечаток на содержание и объем отдельных разделов работы. В частности, как правило, рассматриваются решетки с произвольными геометрическими параметрами и специально не излагаются вопросы линейной теории решеток малой густоты из тонких слабоизогнутых профилей. [c.7]

В ноябре 1985 г. в Риге на пятой Всесоюзной конференции по голографии группа авторов представила доклад на тему "Экспериментальное исследование радиоголографического метода воспроизведения волновых полей . В нем были рассмотрены результаты исследования одного из вариантов реализации метода, в основе которого лежит синтезирование радиоголограмм с помощью ортогональных линейных антенных решеток в условиях открытой площадки без применения специальных мер по устранению посторонних отражений. Установка для синтезирования обеспечивала получение в трехсантиметровом диапазоне волн радиоголограмм Френеля с апертурой 6 х 12 м при расстоянии до объекта голографирования около 30 м. Время синтезирования одной голограммы, содержащей 128 х 256 отсчетов, было равно 2 с. Радиоголограммы регистрировали в аналоговом виде для одной из квадратурных компонент путем фотографирования изображения с экрана электронно-лучевой трубки или в дискретно квантованном виде в комплексной форме посредством быстродействующей цифровой системы. Для обеспечения необходимой точности юстировки и синтезируемой апертуры и определения параметров системы и алгоритмов обра- [c.128]

Примерно в 1948 г. Нумачи построил в Институте механики больших скоростей Университета Тохоку в Сендае (Япония) специальную гидродинамическую трубу, предназначенную главным образом для определения кавитационных характеристик решеток гидропрофилей [21, 22]. Новая труба с более высокими скоростями была построена в 1961 г, [26]. В описании первой трубы Нумачи [20] следующим образом выразил свою неудовлетворенность предшествующими экспериментальными методами исследования решеток [c.359]

Предполагается, что читатель знаком с основами гидродинамики и термодинамики. Необходимый минимум вводного материала представлен в гл. 1. Приводятся ссылки на соответствующие учебники и научные работы. В гл. 2, 3 и 4 дано описание методики экспериментального исследования дозвуковых и сверхзвуковых зешеток, а также описываются эффекты пространст-венности течения. В гл. 5 рассмотрены основы теории дозвукового течения и намечены отправные точки для оценки методик расчета. Анализ теории невязкого сверхзвукового течения п потока с учетом вязкости среды приводится соответственно в гл. 6 и 7. В гл. 8 приводится обзор последних достижений в области исследования нестационарных течений, а в гл. 9 основное внимание уделяется трем перспективным типам специальных решеток. В гл. 10 дана оценка точности современных методик расчета. В последние годы систематически совершенствовались теоретические методы расчета течений и соответствующая вычислительная техника, но еще большие успехи были достигнуты в области накопления экспериментального материала. Часть этого материала представлена в гл. 11, где указаны таклче основные проблемы и перспективы газодинамики решеток, [c.10]

Тем не менее в работе [3.17] показано, что дозвуковые диффузоры, спроектированные по методике решеток, нередко более эффективны, имеют больший диапазон бессрывной работы и меньшие габариты, чем соответствующие диффузоры, спроектированные по так называемым каналовым методам. Было проведено сравнительное экспериментальное исследование компрессора с канальным диффузором и с заменой его на тандемную решетку из профилей NA A 65, имеющих среднюю линию из двух дуг окружностей. Испытания продемонстрировали лучшие характеристики компрессора с решеточным диффузором. Таким образом, данные по решеткам могут быть непосредственно использованы при проектировании диффузоров центробежных компрессоров. [c.74]

Делались попытки учесть в методах расчета толщины и углы изгиба профилей, влияние которых мол ет быть весьма существенным при низких частотах [8.95—8.97]. Однако ясно, что не менее важно улучшить теоретическое представление ударных волн и их взаимодействия с пограничным слоем. В работе [8.98] утверлсдается и демонстрируется на практике, что наилучший путь усовершенствования теории флаттера состоит в физическом моделировании явления при экспериментальных исследованиях плоских решеток. [c.243]

До настоящего времени накоплено мало экспериментального материала по исследованию неподвижных и вращающихся решеток на влажном паре. Отсутствуют надежные данные, характеризующие структуру потока двухфазной среды, механизм образования потерь энергии, а также изменение основных аэродинамических характеристик решеток в достаточно широком диапазоне режимных и геометрических параметров. Особый недостаток ощущается в опытных и теоретическях исследованиях дисперсности и скоростей жидкой фазы в решетках турбинных ступеней. Для расчета экономичности проточных частей турбин, эрозии лопаток и сепарации влаги необходимо знать траектории движения капель, их взаимодействие с неподвижными и вращающимися лопаткамц, долю влаги, остающуюся на поверхностях в виде пленок, характер двил ения этих пленок под воздействием парового потока, центробежных и кориолисовых сил. Естественно, что отсутствие пе речис-лениых данных не позволяет решать задачи выбора оптимальных профилей сопловых и рабочих решеток, работающих на влажном паре. Следовательно, накопление опытных материалов, полученных методами дифференцированного изучения физических особенностей процесса, представляет большой теоретический и практический интерес. [c.50]

Современные методы расчета осевого компрессора базируются на данных обтекания газом плоских решеток, в первом приближении моделирующих движение газа по поверхности тока в лопаточных венцах ступени осевого компрессора. Обширные материалы продувок таких решеток представлены в открывающих сборник двух статьях А. И. Бунимовича и А. А. Святогорова. Первая из них содержит результаты систематического экспериментального изучения аэродинамических характеристик плоских (двухмерных) диф-фузорных решеток осевого компрессора как при малых, так и при больших числах М набегающего дозвукового потока и при широком изменении параметров решетки и профиля вторая обобщает результаты этого исследования. В итоге обобщения данных продувок решеток авторами предложены методика расчета аэродинамических характеристик заданной компрессорной решетки и методика подбора оптимальной решетки, обеспечивающей требуемое отклонение потока. [c.3]

Последняя задача, однако, решается в экспериментальной машине нелегко, так как требует применения сложной специальней измерительной аппаратуры. Поэтому при детальном изучении обтекания решеток, при изучении механизма образова.ния и развития потерь в изолированно рассматриваемых решетках необходимо прибегать и к другим, более простым методам эксперимента, поступаясь некоторыми требованиями теории подобия. Отсюда следует, что наряду с использованием экспери.менталыной турбомашины в качестве основного метода исследования (Необходимо приме пять и более простые и поэтому широко распространенные методы испытания неподвиж,ных решеток. [c.619]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...