Разгон капель потоком

Рассмотрим сначала разгон капель потоком постоянной скорости. Пусть, в начальный момент времени ( = 0) скорость капли равна Тогда решение уравнения (8.10 ) запишется в таком виде [c.225]

Потери энергии в решетках возрастают при течении влажного пара вследствие увеличения трения в водяной пленке, разгона капель, трения между фазами, увеличения кромочного следа и дополнительного завихрения потока по концам лопаток. Потери на влажность обычно выделяются особо и будут рассмотрены отдельно. [c.107]

Коэффициент скольжения фаз является одним из критериев динамического подобия двухфазных сред. Характер изменения v свидетельствует о том, что с увеличением начального размера частиц и степени влажности коэффициент v уменьшается (рис. 1.3). Однако влияние уо на v при неизменных размерах частиц оказывается слабее, чем влияние Гко- С увеличением уо при неизменных размерах капель увеличивается концентрация частиц дискретной фазы см. (1.34)] и, следовательно, возрастают затраты энергии непрерывной фазы на разгон капель. В результате дозвуковой поток ускоряется, темп роста скорости j непрерывной фазы превышает темп роста скорости Сз, коэффициент скольжения уменьшается. При больших значениях г/о затраты энергии непрерывной фазы возрастают менее интенсивно и падение коэффициента скольжения замедляется. [c.13]

Расчетное исследование влияния степени влажности при неизменном размере капель ( ==5,0 мкм) на распределение давлений вдоль сопла (см. рис. 1.5) подтверждает, что с ростом г/о относительное статическое давление снижается, что объясняется увеличением затрат энергии непрерывной фазы на разгон капель конфу-зорным потоком. [c.228]

Внешние силы приложены к выделенному объему и к его поверхности. В состав внутренних сил входят, как и для однородного потока, силы давления внутри объема и силы трения между элементарными слоями пара. К внутренним относятся также силы взаимодействия между фазами, которые могут играть большую роль при значительной степени влажности и малом коэффициенте разгона капель. [c.57]

Энергия, затрачиваемая однородным потоком на разгон крупных капель, приводит к уменьшению скорости пара перед рабочим колесом и за ним. Оценку изменения этих скоростей под влиянием разгона капель можно дать с помощью коэффициентов скоростей. Действительные скорости перед рабочим колесом и за ним можно выразить формулами [c.176]

Разгон капель связан с диссипацией энергии. По существу она и представляет собой прямую потерю энергии от разгона капель. Но нельзя оставлять без внимания и косвенные потери, возникающие в результате обмена кинетической энергией между однородной частью потока и каплями. Они связаны с изменением кинематики двухфазного потока. Энергия, сообщаемая каплям, имеет различную ценность в зависимости от их скорости и условий работы ступени. При малой скорости капли, пересекающие рабочее колесо, вызывают его торможение, а при достаточно большой скорости — совершают полезную работу. Для однородного потока полезная работа также меняется под влиянием его торможения от разгона капель. В связи с этим трудно разделить потери от разгона капель и торможения ими колеса. [c.176]

Затраты кинетической энергии однородного потока на разгон капель можно определить, использовав уравнения неразрывности, количества движения и баланса энергии, а также уравнение движения капель (гл. III). [c.177]

Эта формула дает представление об обратном влиянии разгоняемых капель на поток и о величине энергии, затрачиваемой на разгон капель. [c.181]

Если условиться, что в направляющем аппарате исключаются только затраты энергии на разгон крупнодисперсной влаги (мысленно эта влага удаляется), а другие потери предполагаются прежними, то в конце расширения условная скорость однородного потока будет с у. Следовательно, на разгон капель затрачивается удельная кинетическая энергия однородного потока [c.181]

Коэффициент затраты энергии однородного потока на разгон капель определим как отношение затраченной кинетической энергии Ahp к располагаемой работе однородного потока [c.181]

Влияние осевого зазора. Увеличение расстояния между венцами направляющих и рабочих лопаток повышает разгон капель и улучшает условия их входа в рабочее колесо. Это мероприятие полезно также для сепарации влаги. Еще большее значение оно имеет для повышения вибрационной надежности лопаток, так как с увеличением зазора выравнивается поток и уменьшаются очень опасные переменные аэродинамические силы. Эго особенно важно при большом количестве крупнодисперсной влаги в кромочном следе за направляющим аппаратом. [c.182]

Крупные капли в криволинейном канале сепарируются. На их разгон во входной части сопла затрачивается небольшая энергия, так как скорость пара мала. В горле сопла, где потоку сообщается большое ускорение, большая часть крупных капель переходит в пленку с прилегающим к ней капельным слоем. Поэтому разгон крупных капель в канале сравнительно мал и в первом приближении при определении расхода пара можно пренебрегать энергией, затрачиваемой на этот разгон. Разгон капель, в основном протекающий за горлом сопла, вызывает потери энергии, но это практически не отражается на расходе пара этим соплом. [c.184]

Условия входа однородного потока и жидкости оказывают влияние на их скорости при выходе из колеса. При значительной затрате энергии на разгон капель существенно уменьшается относительная скорость движения пара в колесе, а следовательно — также скорость с . Под влиянием начальной скорости изменяется также скорость, с которой влага сбрасывается с колеса (см. гл. П1). [c.190]

Коэффициент Z,j-2 отражает влияние разгона капель. В него входят окружная скорость и степень реактивности, которые в известном смысле между собой связаны. Поэтому, анализируя влияние на коэффициент торможения степени реактивности, нельзя оставлять без внимания изменение окружной скорости. Установим соотношение между окружной скоростью и термодинамической степенью реактивности при заданных располагаемом перепаде на ступень hj. и коэффициенте закрутки потока за рабочим колесом [c.193]

В первом случае кинетическую энергию сбрасываемых капель нельзя считать полностью потерянной. Если скорость < un то капли разгоняются однородным потоком, заимствуя от него энергию. При этом величина разгона значительно больше, чем до удара капель. Разгону капель способствует их дробление при ударе. После вторичного разгона они вновь попадают в рабочее колесо, обладая окружной составляющей скорости, несравненно более близкой к скорости пара, чем во время первичного входа. В этих условиях мало вероятно вторичное столкновение капель входными кромками рабочих лопаток. [c.196]

При работе на влажном паре кромочный след играет особую роль. В нем сосредоточено большое количество крупных капель, движущихся с небольшой скоростью относительно пара. Выравнивание поля скоростей за решеткой связано с затратой значительной энергии на разгон капель. Поэтому профильные потери существенно меняются в зависимости от места измерения. Пока еще нет надежных опытных данных по выравниванию двухфазного потока за решеткой. [c.198]

Если же проводятся опыты на сухом и влажном паре в одной и той же ступени, то под влиянием разгона капель меняется кинематика потока. При этом возможны существенные изменения углов атаки, выходной скорости и др. В результате, наравне с потерями от влажности появляются дополнительные потери от нарушения кинематического подобия, которые необходимо выделять при анализе опытных данных. [c.206]

Удаление влаги из проточной части турбины— наиболее активный способ борьбы с эрозией. Кроме того, в потоке, содержащем крупнодисперсную влагу, затрачивается механическая работа на разгон капель, а при прохождении этой влаги сквозь РК совершается работа торможения. Поэтому удаление влаги из проточной части турбины также снижает потери энергии. [c.237]

Поведение первичной влаги, образовавшейся в предыдущих ступенях турбины, оказывается иным по сравнению со вторичной, возникшей в самой ступени. Первичная влага, как правило крупнодисперсная, попадая в сопловой аппарат, на 60—70% сепарируется на поверхностях лопаток. Образовавшиеся пленки срываются с выходных кромок и дробятся основным потоком. Часть кинетической энергии пара расходуется на разгон капель, скорость которых в зазоре перед рабочей решеткой ступени составляет 30—60% скорости пара. В результате направления потока пара и воды на рабочие лопатки оказываются разными. Удар капель в спинку лопаток вызывает дополнительные потери в ступени. Практически вся первичная влага сепарируется на рабочих лопатках и большая ее часть центробежными силами отбрасывается к периферии ступени. Характерные графики распределения первичной влаги в зазоре между сопловым аппаратом и рабочим колесом, а также за турбинной ступенью показаны на рис. 12-4. За сопловым аппаратом распределение влаги практически равномерно. Лишь у периферии наблюдается небольшой рост концентрации влаги из-за закрутки потока. За рабочей решеткой основная часть жидкости протекает через верхнюю половину рабочей лопатки. [c.327]

При наличии теплообмена между фазами капельки передают теплоту расширяющемуся воздуху, и поэтому температура смеси за сопло.м п ее скорость в первом случае больше. При истечении сухого воздуха температура потока за соплом равна, естественно, соответствующей температуре для второго случая. Скорость истечения, равная 195,5 м/с, больше, чем во втором случае, в котором поток потратил энергию на разгон капель, но несколько меньше, чем при наличии теплообмена. [c.202]

Для анализа формул (8.53)—(8.55) сравним их с формулами, выведенными для газа (см. разд. 3.5, табл. 3.1, первый столбец), которые в данном случае применяются для расчета переохлажденного пара. Формулы для приращения скорости в обоих случаях совпадают, однако при одинаковых скоростях потока число М во влажном паре будет больше из-за меньшей скорости звука. Следовательно, при равновесном течении скорость дозвукового потока будет возрастать несколько быстрее. Это является результатом действия нескольких факторов отвод массы пара при конденсации н затрата энергии на разгон капель уменьшают скорость потока, однако выделение теплоты конденсации увеличивает скорость дозвукового потока. Как видно, последний фактор воздействует более сильно. [c.212]

Были рассмотрены задачи о разгоне капель в потоке газа, имеющем постоянную скорость или постоянный градиент скорости. При заданном произвольном законе распределения скорости газообразной фазы вдоль сопла можно вести расчет по участкам, используя полученные формулы. [c.226]

Кроме дополнительных потерь на трение в двухфазном пограничном слое ( 12.6) в потоках.капельной структуры уменьшение кинетической энергии несущей фазы происходит из-за неравновесности процесса и межфазного взаимодействия в ядре. Сюда относятся затраты энергии на разгон капель в конфузорных течениях, а также на реализацию тепло- и массообмена между фазами. Определим вначале потери кинетической энергии, вызванные рассогласованием скоростей пара и капель, т. е, механическим взаимодействием фаз. Для этого воспользуемся уравнением движения капли [7, 18] [c.345]

Одним из эффективных методов снижения потерь от влажности пара является проектирование ступеней и решеток турбины с учетом особенностей течения влажного пара. В частности, увеличение зазора между сопловыми и рабочими решетками ведет к выравниванию потока при входе на рабочее колесо и дополнительному разгону капель влаги. Однако за счет этого уменьшается кинетическая энергия потока на входе в рабочую решетку. Поэтому в каждой ступени существуют оптимальное соотношение размеров и оптимальный осевой зазор. Опыты показали, что увеличение осевого зазора существенно не сказывается на экономичности ступени. В некоторых турбинах размер осевого зазора в периферийной части последних ступеней доходит до 100 мм и более. Существуют и другие методы рационального проектирования ступени уменьшение окружной скорости на периферии лопаток, достигаемое сокращением высоты лопаток, переходом на пониженную частоту вращения, уменьшением числа сопловых лопаток, благодаря чему сокращается количество крупной влаги, срывающейся с выходных кромок сопловых лопаток и попадающей на рабочие лопатки. [c.154]

На рис. 4, 6 показано количественное изменение скоростного коэффициента ф для режимов течения. Кривая 1 относится к режиму, показанному на рис. 4, а, а кривая 2 — к режиму на рис. 4, б. Характерна форма этих кривых. В средней части лопатки потери энергии невелики. Они возникают вследствие трения потока относительно водяной пленки на лопатке, а также от затраты полезной энергии потока на разгон пленки и капель в ядре потока и в следе. У концов лопатки потери увеличиваются. У корня увеличение потерь объясняется наличием отрыва потока за решеткой, а у периферии — радиальными перетеканиями, свойственными пространственному потоку. Величина ф всей решетки зависит от степени влажности перед решеткой у, характеристического числа . а также от чисел Re и М (рис. 4, в). [c.222]

В осевом зазоре между сопловым аппаратом и рабочим колесом происходит разгон вторичных капель, образовавшихся при дроблении пленки конденсата, сошедшей с лопаток рабочего колеса, и отбрасывание их на периферийную поверхность за счет окружной составляющей скорости, которая сообщена потоку в сопловом аппарате. Вопрос о движении капель в осевом зазоре подробнее рассматривается в следующем параграфе. [c.9]

Наиболее сильное эрозионное воздействие производят крупные капли конденсата, так как они труднее разгоняются потоком пара, т. е. абсолютная скорость их Сук меньше, а относительная скорость w- и ее нормальная составляющая больше, чем у мелких капель. Следовательно, сила удара отдельной капли при увеличении ее размера будет расти быстрее, чем масса капли. [c.19]

Коэффициент сопротивления капель имеет, строго говоря, иной смысл, чем при обтекании твердых тел потоком газа. Движение капли сопровождается конденсацией на ней пара. В жидкую фазу переходят молекулы из пограничного слоя, а он пополняется частицами пара. Последние движутся с большей скоростью, чем капли, и, попадая в пограничный слой, способствуют ее разгону. Поэтому коэффициент сопротивления становится иным, чем для твердого тела. Однако в настоящее время нет обоснованных данных для введения такого рода поправок. [c.53]

В рассматриваемой задаче моделирование размеров капель приобретает особую важность. От них зависит оседание влаги на поверхностях лопаток и, следовательно, образование пленок. Последние при сходе с лопаток увлекаются и дробятся потоком на крупные капли. Размеры же крупных капель тесно связаны с потерями от их разгона и торможения колеса. В итоге структура мелкодисперсной влаги после процесса конденсации сказывается на фракционном составе всей влаги в проточной части турбины. [c.148]

Чтобы оценить в некоторой мере величину возможных дополнительных потерь от отражения капель, воспользуемся законом количества движения. Контрольную поверхность за направляющим аппаратом расположим так, чтобы отраженные капли ее не пересекали. Тогда при любой кратности сбрасывания капель момент количества движения потока перед рабочим колесом сохраняется неизменным. Обмен энергией между паром и отраженными каплями протекает с ее диссипацией. Это влияет на условия выхода пара и капель из рабочего колеса. Если капли вторично не касаются поверхности рабочих лопаток, то их дополнительный разгон уменьшает выходные потери, что в значительной мере компенсирует затрату энергии пара на разгон. Поэтому для первого типа движения в ориентировочных расчетах можно ограничиться выведенными ранее формулами для определения механических потерь от влажности без введения поправочных коэффициентов. [c.196]

В ступенях активного типа при осевом выходе потока 2uj. Поэтому капли, имевшие при сбросе с входных кромок скорость 1 сильно разгоняются паром в окружном направлении перед ударом о направляющие лопатки. При ударе о направляющие лопатки теряется энергия как сообщаемая капле колесом, так и полученная ею от пара при разгоне. В этом случае сумма потерь торможения и дополнительных потерь на разгон отраженных капель может быть значительно больше, чем первичные потери торможения, вычисленные по формуле (VI.25). [c.197]

За узким сечением, где темп изменения живого сечения невелик, от подвода теплоты в скачке при дозвуковой скорости поток должен разгоняться, а при сверхзвуковой скорости — тормозиться. Таким образом, в зоне интенсивной конденсации на очень коротком участке, где скорость еще сверхзвуковая, под влиянием подведенной теплоты поток тормозится, пока р <С рк, и ускоряется, как только становится р > р . Если недалеко за горлом сопла темп роста живого сечения [ lf)df/dl] невелик, то следующие друг за другом замедление и ускорение потока из-за подвода теплоты могут оказаться настолько значительными, что в зоне конденсации, в том месте, где давление становится выше критической величины (меняется знак ускорения), в потоке происходит резкое понижение давления и столь же резкое повышение интенсивности конденсации, вызывающее эффект, аналогичный скачку уплотнения. Этот скачок на какое-то мгновение уравновешивает силы инерции. При этом за скачком прекращаются процесс конденсации и подвод теплоты, разгоняющей дозвуковой поток. В результате в расширяющейся части сопла дозвуковой поток замедляется, зона же процесса конденсации отодвигается в расширяющуюся часть сопла. В сверхзвуковой же зоне в момент провала давления появляется ударная волна разрежения, которая смещает начало процесса конденсации в сторону горла сопла. После появления скачка в месте бурного роста капель, процесс конденсации на этом участке резко тормозится и зона интенсивной конденсации смещается вниз по потоку. [c.228]

Кромочный поток капель за НЛ. С выходных кромок пленка стекает локально струйками и разбивается на капли. При небольшой начальной влажности и дозвуковых скоростях пара сбегание струек в кромочный след сопровождают пульсации. С набухающей на кромке пленки отделяются язычки влаги, меняющие свое местоположение. Эти язычки вытягиваются на 2—3 мм, после чего отделяются капли радиусом 0,1—0,2 мм [21]. Этот характер стекания пленки сохраняется также при околозвуковых и небольших сверхзвуковых скоростях пара. При небольших дозвуковых скоростях возможны срывы кусков пленки, которые затем дробятся на некотором расстоянии от кромки. В зоне вторичных концевых течений пленка срывается вблизи концов лопаток при стабильном положении язычков. Непосредственно после срыва с НЛ куски пленки и капли двигаются с очень небольшой скоростью и сразу же начинают дробиться и разгоняться потоком пара. [c.233]

Для групп капель определенного размера указанным выше методом выполняется расчет их разгона в аэродинамическом следе до момента вступления в РК. Найденный вектор скорости капли в момент соударения с поверхностью РЛ служит базой для прогнозирования процесса эрозии. Однако для решения этой задачи необходимо знать не только структуру кромочного потока капель, но такл<е изменение его интенсивности вдоль радиуса под влиянием предшествующих ступеней с различными концентраторами влаги и вторичных потоков капель, образовавшихся после соударения с направляющими и рабочими лопатками. Предшествующее формирование капельных потоков влияет нередко решающим образом на их локальные интенсивности и на процесс эрозии. [c.234]

В предыдущих разделах этой главы предполагалось, что капли, переносимые потоком пара или газа, движутся со скоростью потока. В действительности, в общем случае наблюдается рассогласование скоростей жидкой и газообразной фаз. Пусть, например, пар с капельками воды поступает в сопло. Пар расщи-ряется и ускоряется. Капельки увлекаются потоком, но имеют, естественно, меньшую скорость. В практических задачах, таких, например, как оценка скорости эрозии рабочих лопаток турбины, вызванной ударами капелек, необходимо знать величину рассогласования скоростей пара и жидкости за соплом. Рассмотрим задачу о разгоне капель потоком газа в одномерной постановке и будем пренебрегать тепло- и массообменом, которые мало влияют на закон распределения скоростей. [c.224]

На рис. 1.1,6 представлено распределение относительного статического давления i = PilPo вдоль сопла при различных начальных радиусах капель и влажностях. С ростом начального радиуса при прочих неизменных условиях относительное статическое давление вдоль сопла падает более интенсивно, так как дозвуковой поток несущей фазы, совершая работу разгона капель, ускоряется. Качественно аналогично влияет на распределение статического давления изменение начальной влажности уа. с ростом оно падает вдоль сопла при постоянном радиусе капель. Необходимо подчеркнуть, что оценка влияния числа Mi (или 8i=pi/po) производилась при переменном давлении за соплом ри которое устанавливалось в соответствии со значениями Гко и i/o . Если принять неизменным давление за соплом, то влияние гко и уо оказывается менее значительным. [c.12]

Указанные потери между собой связалы. Например, на разгон капель затрачивается энергия пара, зато уменьшается их тормозящее действие на колесе. Переохлаждение уменьшает располагаемую работу, но вместе с тем оно снижает количество движущейся в потоке влаги и связанные с этим потери. [c.172]

Потери от разгона тесно связаны с потерями торможения. Кроме того, затрата энергии на разгон капель оказывает косвенное влияние на аэродинамические потери в рабочем колесе и на выходную потерю кинетической энергии. Изолированная оценка потерь от разгона не может служить критерием потерь энергии в ступени от несомых потоком крупных капель. Они будут рассмотрены в п. 6 совместно с другими потерями в ступени. [c.183]

Под влиянием разгона капель меняется также выходная кинетическая энергия (АЛв) однородного потока. Это связано с уменьшением фактического перепада энтальпий в ступени и с соответству-юпщм возрастанием характеристического числа u/ j.. Последним определяется и отклонение степени реактивности от ее значения в процессе без разгона капель. В результате могут существенно изменяться условия при выходе из рабочего колеса. [c.206]

Пр01ведвнные расчеты показывают, что наиболее интенсивное увеличение скорости происходит на начальном участке разгона. Затем нарастание скорости замедляется. Однако с увеличением пути разгона s (осевого зазора) скорость капли непрерывно увеличивается. Скорость капли при фиксированной величине осевого зазора будет тем больше, чем больше скорость и плотность пара в зазоре. Мелкие капли легче и быстрее разгоняются потоком пара, чем более крупные. Качественно эти зависимости иллюстрируются рис. 12, заимствованным из [Л. 1]. Как станет ясно из дальнейшего рассмотрения, указанные особенности движения капель в осевом зазоре могут оказаться весьма существенными для интенсивности эрозионного разрушения рабочих лопаток. [c.15]

Для заданных условий движения задача решается численным интегрированием. Во многих задачах для приближенной оценки коэффициента разгона можно предварительно задать закон изменения скорости с в зависимости от пути потока (от времени). Например, для движения капель в зазоре между направляющим аппаратом и рабочим колесом в первом приближении можно принять с = onst и пренебречь изменением плотности. Тогда из уравнения (VI.12) находится (см. пример в гл. III, п. 3), а из (VI.11) — величина Ар/д. Пренебрегая изменением плотности, по формулам (VI.8) и (VI.9) найдем khp и После этого можно [c.180]

Плотность пара оказывает большое влияние на траектории капель в РК- Плотный пар увлекает пленку и капли и сообщает им значительные осевые скорости, из-за чего их радиальные смещения становятся небольшими. Поэтому в ЧВД концентрация влаги у периферии существенно ниже и траектории обеих фаз меньше различаются, чем в ЧНД. Уменьшается и число капель, соударяющихся с пленкой, а с ее поверхности при прочих равных условиях плотный пар срывает большее количество вторичных капель и сильнее разгоняет пленку, чем в ЧНД, что в еще большей мере уменьшает ее толщину. Эти факторы приводят к снижению концентрации влаги у периферии за РК. Вместе с тем в потоке плотного пара за РК сближаются траектории обеих фаз. Все это коренным образом ухудшает условия сепарации и влагоулавливания в ЦВД, но способствует уменьшению углов атаки при соударении капель с лопатками. [c.236]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...