Параметрический анализ и создание переходного патрубка турбовального газотурбинного двигателя, страница 4

При течении газа в криволинейных каналах возникают вторичные течения. Структура вторичного течении в криволинейном канале и, вызываемая им, дополнительная потеря энергии существенно зависят от геометрической формы канала и режима течения (чисел Re и М). Опыты показываю, что структура вторичных течений изменяется при изменении формы сечения канала.

На образование вторичного течения в криволинейных диффузорах (каналах) затрачивается часть кинетической энергии потока. Потери энергии, обусловленной кривизной канала, можно рассматривать как сумму: а) дополнительных потерь на трение вследствие вторичного движения; б) вихревых потерь в зонах отрыва; в) потерь, вызванных вихревыми компенсирующими течениями. Наибольшую часть потерь составляют вихревые потери вследствие отрыва.

На рис. 2.3 приведены данные характеризующие влияние некоторых геометрических характеристик канала влияние на коэффициент потерь. Здесь коэффициент ξ определен как разность полных энергий на входе и выходе, отнесенная к скоростному напору на входе в канал.

Рисунок 2.3 – Влияние радиусов кривизны вогнутой и

выпуклой стенок плоского криволинейного канала с

углом поворота 90⁰ на коэффициент потерь

энергии для различных степеней расширения n.

Как видно из рисунка 2.3, ξ существенно зависит от внутреннего  и наружного  радиусов кривизны, в основном от степени расширения канала. Точки минимума кривых ξ соответствуют различным   в зависимости от . Оптимальное значение несколько меньше . При данном  увеличение  приводит к особенно резкому возрастанию потерь. Кривые на рис. 2.3 отражают также влияние основного параметра n.

          Влияние основного геометрического параметра (относительной высоты) и режимных параметров (чисел М₁ и Re₁) на потери в диффузорном канале с углом поворота 90⁰ можно видеть на рисунке 2.4. Прежде всего следует отметить, что зависимость ξ от высоты не является линейной (рис. 7,а).

Рисунок 2.4 - Влияние относительной высоты (а) и числа М₁ (б) на потери в криволинейном диффузорном канале с углом поворота 90⁰

          На рисунке 2.5 приведены значения оптимальных радиусов кривизны и соотношения характерных сечений канала, обеспечивающие минимальную интенсивность вторичных течений в криволинейном диффузорном канале с углом поворота потока 90⁰.

2.5 – Оптимальные геометрические параметры плоских

криволинейных диффузоров.

а – относительные радиусы кривизны стенок;

б – степень дифузорности входного участка для угла поворота 90⁰

          Из графиков следует, что в диффузорных и слабо конфузорных кагалах целесообразно среднее сечение канала а_m выполнять увеличенным (), а затем обеспечить конфузорное течение соответствующим поджатием. В этом случае уменьшится разность давлений между вогнутой и выпуклой поверхностями в сечения, где кривизна канала максимальна, и, следовательно, снижается интенсивность вторичных течений. Кроме того, поджатие выходной части канала сокращает область отрыва на выпуклой стенке , а в некоторых случаях и предотвращают отрыв.

          Указанные соотношения зависят также от геометрической диффузорности канала, т.е. от n. Опыты показывают, что с увеличением радиусов кривизны спинки и вогнутой поверхности потери от вторичных течений уменьшаются. Вместе с тем рис. 2.5,а с увеличением радиуса кривизны выпуклой стенки  возрастает оптимальное значение  при данных угле поворота и степени расширения n. Зависимость   от n, соответствующая минимальным потерям в криволинейном канале с углом поворота 90⁰, показана на рисунке 8, б. Следует также отметить влияние относительной высоты канала  на оптимальное значение . Зависимость   должна иметь максимум, положение которого будет определяться геометрической степенью диффузорности канала n.

3.  Кольцевой диффузор с прямолинейными образующими [4]

          Такие диффузоры являются необходимыми элементами большинства переходных и выхлопных патрубков газотурбинных установок и представляют собой каналы, образованные двумя соосными коническими поверхностями. Меридиональное сечение такого диффузора и его основные размеры приведены на рис. 3.1.