Параметрический анализ и создание переходного патрубка турбовального газотурбинного двигателя, страница 2

1.  Характеристики плоского диффузора

Плоский диффузор – наиболее простой тип преобразователя кинетической энергии в потенциальную энергию давления, однако даже в таком диффузоре происходят сложные процессы

В диффузорах происходит преобразование кинетической энергии потока в энергию давления. Для дозвуковых скоростях такой процесс можно получить при движении потока в трубе с увеличивающейся площадью от входа к выходу.

Потери полного давления вызваны трением газа о стенки и отрывом пограничного слоя с образованием вихревых застойный зон. Двоякая природа нарастания пограничного слоя за счет увеличения длинны диффузора или раскрытия его угла диффузорности обуславливает существование оптимального значения угла раскрытия диффузора по минимуму потерь полного давления с одной стороны, а с другой – аэродинамические характеристики простейших плоских диффузоров представляются в двухфакторном пространстве безразмерных независимых геометрических переменных [1], связывающих три линейных размера: ширины входа  и выхода и длину диффузора, при которых угол раскрытия определяется их связью.

Число геометрических параметров можно, очевидно, сократить, если перейти к безразмерным величинам. Так выбрав в качестве основного параметра высоту  на входе, получим три величины: n=h₂/h₁, α и L/h₁, где n- степень расширения диффузора, равная отношению площади на выходе F₂ к входной площади F₁. В данном случае, поскольку поперечные размеры канала неизменны, отношение площадей может быть заменено отношением соответственных линейных размеров.

 Их влияние на аэродинамические характеристики диффузоров достаточно сложно и находится в тесной связи с режимными параметрами.

На рис. 1.1 представлены области  безотрывного, большого срывного и струйного течения для плоских диффузоров в пространстве безразмерных независимых геометрических переменных [2].

          Линия а-а на этой фигуре обозначает границу между режимами «фактически безотрывного течения» и «нестационарного срыва». Несколько ниже этой линии наблюдается  возникновение перемежающегося отрыва пристенных пограничных слоев; типично начальный отрыв появляется в случае диффузоров с α/α_а-а от 0,6 до 0,8.

          Область максимального коэффициента восстановления давления при фиксированной длине ε соответствует режиму нестационарного срыва. Течение здесь носит неустойчивый характер, и пограничные слои на стенках диффузора частично или полностью отрываются в некоторых местах.

Рассматривая диффузор как устройство для эффективного преобразования  кинетической энергии потока в потенциальную, следует отметить, что совершенство этого преобразования зависит как от внутренних

потерь непосредственно на диффузорном элементе, так и от величины

Рисунок 1.1 – Схема  и характеристики режимов течения

для диффузоров с прямолинейными стенками.

кинетической энергии потока, покидающего этот элемент. В общем случае внутренние потери в любом канале определяются потерями на трение и потерями, связанными с образованием отрывных зон. При безотрывном течении единственным источником потерь является внутреннее трение.

Основным геометрическим параметром, характеризующие возможности диффузора, является степень его расширения. Изменение степени расширения может быть произведено либо при постоянном угле α, когда изменяется относительная длинна L/h₁, либо при постоянной длине, когда изменяется угол α.

 Как в первом так и во втором случаях коэффициент ξ_п резко падает с увеличение степени расширения, затем достигает минимального значения и дальше растет. Интенсивность этого роста определяется либо углом α, либо длинной . Опытные значения коэффициента ξ_п наглядно представлены на рисунке 1.2.

Рисунок 1.2  – Зависимость коэффициента ξ_п от степени расширения n.

а – α=const; 1 - α =28-30⁰; 2 - α =22⁰; 3 - α =18⁰; 4 - α =15⁰; 5 - α =10-12⁰;  

6 - α =6-8⁰; 7 - α =3,5-4⁰; 8 – f(n) α =7⁰; б – L/h₁

Значительно сложнее анализировать влияние угла α. С величиной угла  α при неизменных остальных параметрах в первую очередь связан переход от без отрывочного к отрывочному течению в диффузорах.