Параметрический анализ и создание переходного патрубка турбовального газотурбинного двигателя, страница 5

Рисунок 3.1 – схема кольцевого диффузора

с прямолинейными образующими

В данном случае геометрическими параметрами, определяющими форму проточной части, являются:  ;   ;   α₁;   α ₂;    .

Где  и  - наибольший и наименьший диаметры внутренней конической поверхности, а α₂ – угол при ее вершине.

          Для геометрического подобия двух конических кольцевых диффузоров необходимо обеспечить равенство любых четырех из пяти указанных величин, так как пятая величина не является независимой.

          а) Влияние безразмерного входного диаметра. Рассматривая кольцевые диффузоры с точки зрения использования их в системе ГТД, следует отметить что величина  характеризует, с одной стороны, ступень турбомашины, а с другой – определяет размеры входного сечения диффузора, связанного с данной ступенью. Другими словами, величина  является заданным конструктивным параметром, определяемым размерами ступени турбомашины. Влияние  на внутренние потери оказывается достаточно сложным, но можно ожидать, что с ростом этого параметра потери будут возрастать. Абсолютная величина потерь в диффузоре при безотрывном течении пропорциональна обтекаемой поверхности, а располагаемая энергия при заданной скорости определяется площадью входного сечения.

          Изменение величины  при постоянной степени расширения n может быть осуществлено либо при постоянной относительной длине, либо при постоянных углах α₁ и α₂.

          В первом случае условия n=const и =const приводят к необходимости менять углы α₁ и α₂. Во втором случае при n=const и постоянных углах изменяется длинна . В соответствии с эти будут различные зависимости потерь от  для указанных крайних вариантов. Экспериментальные исследования диффузоров, зависимость полных потерь от величины , приведены на рис. 3.2.

 

Рисунок 3.2 – Зависимость ξ_п от  для кольцевых диффузоров

       

Если для диффузоров с цилиндрической внутренней образующей (кривые 4, 5   и 6) потери в области малых и умеренных значений  увеличивается незначительно, то при =const (кривые 1, 2 и 3) можно отметить почти линейную зависимость коэффициента полных потерь от безразмерного входного диаметра.

          б) Влияние углов α₁ и α₂. Рассматривая влияние углов, следует иметь ввиду, что их изменение при постоянной степени расширения n приводит к заметному изменению относительной длинны, а при =const изменяет и степень расширения.

          На рис. 3.3 приведена зависимость полных потерь в кольцевых диффузорах от угла α₁ (рис. 3.3, б) при цилиндрической внутренней образующей и от угла α₂ (рис. 3.3, а) при цилиндрической внешней образующей¹ и постоянном значении степени расширения. В обои случаях рост углов до 10⁰ приводил к некоторому уменьшению потерь, а затем коэффициент ξ_п резко увеличивается.

 

Рисунок 3.3 – Зависимость коэффициента полных потерь ξ_п

от углов α₂ (а) и α₁ (б).

0 – Re₁ = (1-2,3)*10⁵; М₁=0,25-071; ● – Re₁ = (1,9-6,4)*10⁵; М₁=0,1;   – Re₁ = 2,7*10⁵; М₁=0,3; ∆ -опыты МЭИ

Минус при углов α₂ указывает на то, что вершина внутреннего конуса расположена за выходным сечение диффузора.

          Иногда вместо углов α₁ и α₂ характеризующих геометрию кольцевого

диффузора, используют плоский угол  (здесь угол α₂ берется со своим знаком). В этом случае число независимых геометрических параметров сокращается, и опытные данные могут быть представлены как функция одного угла. Такая зависимость при n=const рис. 3.4 имеет минимум при , после чего вновь происходит интенсивное возрастание потерь.

 

Рисунок – 3.4 Зависимость коэффициента полных потерь ξ_п

от угла  при n=const

О – Опыты Гуревича; ● - Опыты Довжика-Морозова; ∆ - опыты МЭИ; ▲ – опыты Джонсона

Если рассматривать влияние угла  на коэффициент полных потерь при постоянной относительной длине =const рис. 3.5, то можно отметить, что и здесь вначале имеет место снижение потерь. В данном случае минимум потерь достигается при больших значениях угла  и интенсивность их увеличения при невелика.

 

Рисунок 13 – Влияние плоского угла  на коэффициент ξ_п при =const