40.Кромочные потери энергии и волновые потери — составляющие профильных потерь энергии.

Кромочные потери.

Кромочные потери возникают в результате взаимодействия пограничных слоев сходящих с вогнутой и выпуклой поверхностей лопатки за выходной кромкой и образованием за кромкой завихренной области - вихревого следа (см. рис.9.1). Давление и скорость газа в вихревом следе меньше, чем в ядре потока, поэтому величины P₁, C₁ и α₁ являются переменными по шагу решетки. По мере удаления от решетки неравномерность параметров по шагу постепенно уменьшается. Процесс обмена энергией между потоками вихревого следа и ядра потока протекает с потерями, в результате чего средняя кинетическая энергия потока уменьшается.

Кромочные потери учитываются коэффициентом ζкр кромочных потерь. Его значение зависит главным образом от относительной толщины выходной кромки S/a, где S - толщина выходной кромки; а - размер горла межлопаточного канала. Приближенно коэффициент кромочных потерь можно определить по формуле

ζкр = k(S/a) (9,4)

где к = 0.1+0.22 - опытный коэффициент.

Для снижения кромочных потерь энергии толщины S выходной кромки в современных профилях уменьшается до 0.3+1.0 мм. Меньшие значения относятся к лопаткам, работающим в области перегретого пара, большие к лопаткам газовых турбин (для повышения их износостойкости).

Волновые потери.

Скорость газа на выходе из решетки может быть звуковой или сверхзвуковой; последняя обычно достигается в косом срезе сопла или в решетках с расширяющимися каналами. Возможно достижение в лопаточных каналах звуковой или сверхзвуковой скорости даже в том случае, если скорости на входе в решетку и на выходе из нее являются дозвуковыми. Это может наблюдаться при достаточно большой дозвуковой скорости входа в решетку на спинке профиля в месте максимума отрицательного давления. Большой шаг решетки и значительная кривизна профиля способствуют образованию здесь сверхзвуковых скоростей.

Переход сверхзвуковой скорости в дозвуковую происходит скачкообразно с образованием тонкого слоя сжатого газа, называемого скачком уплотнения. В зависимости от формы канала и скорости потока скачок уплотнения может быть прямым (плоским), если фронт его волны распространяется перпендикулярно

скорости потока, или косым, если фронт волны составляет с направлением потока острый угол.

На образование скачка уплотнения затрачивается кинетическая энергия, которая в скачке переходит в потенциальную, в результате давление и температура в слое сжатого газа повышаются. Процесс сжатия в скачке уплотнения протекает с потерями, поэтому его образование сопровождается ростом энтропии. Скорость и кинетическая энергия потока за скачком уплотнения меньше, чем до него. Особенно сильно уменьшается скорость в плоском скачке уплотнения, при прохождении через который скорость потока становится меньше скорости звука. При прохождении сверхзвуковым потоком косого скачка уплотнения скорость за ним может оставаться больше скорости звука. Отсюда следует, что волновые потери наибольшие, если в потоке возникают плоские скачки уплотнения. Чтобы уменьшить волновые потери, входную кромку обтекаемого сверхзвуковым потоком тела надо выполнять заостренной в отличие от каплеобразной формы входной кромки, характерной при дозвуковом потоке.

Таким образом, профильные потери зависят не только от числа Re, но и от числа М. Для большинства современных турбинных решеток с суживающимися каналами критический режим течения наступает при M_С1=0.9 1.0 и M_W2=0.80 0.95 в зависимости от формы профиля и геометрических размеров решеток.