Потери в соплах
Коэффициент потери энергии в соплах с и скоростной коэффициент .
Для того, чтобы правильно рассчитать потери энергии в. сопловых решетках, необходимо с возможно большей степенью точности определить значение коэффициента с.
Потери энергий в сопловых каналах зависят от очень большого количества факторов: от формы профилей, от шага решетки, угла установки профиля, хорды профиля и высоты канала, скорости потока, состояния поверхности стенок канала и т.д.
Потери в соплах могут быть разделены на две основные группы:
1. Профильные потери
а). трения в пограничном слое,
б). вихревые потери при отрывах потока на профиле (если эти отрывы имеют место),
в). вихревые потери за выходной кромкой (кромочные потери),
г). потери в скачках уплотнения – волновые потери, возникающие при околокритических и сверхкритических скоростях.
2. Концевые потери, связанные с конечной высотой сопловых каналов и возникающие у торцевых стенок.
а). потери трения в пограничном слое у торцевых стенок канала (стенок, ограничивающих канал по высоте),
б). потери вследствие вторичных токов, имеющих место на верхней и нижней торцевых стенках канала.
Рассмотрим подробнее, от чего зависит каждая из упомянутых потерь.
Потери трения в пограничном слое зависят в первую очередь от характера пограничного слоя – ламинарного или турбулентного, в котором скорость меняется от 0 до максимума, и где имеет место внутреннее трение.
тр
= f(Rec;
M1t;
степени шероховатости стенок канала)
здесь 1
кинематическая вязкость,
c1 – скорость потока на выходе из канала,
b1 – хорда профиля.
Практически, оптимальное значение числа Рейнольдса Rec 3105 9105.
Вихревые потери при отрывах потока на профиле
Данные потери в сопловых аппаратах возникают редко; определить их величину в этом случае можно только экспериментом для конкретных условий.
Вихревые потери за выходной кромкой
Э
то
– затраты кинетической энергии на
поддержание вихревого движения за
выходной кромкой и на перемешивание
вихревого следа с ядром потока.
Коэффициент кромочных
потерь
(формула Флюгеля). К = 0,1
0,3
a’c – ширина канала в выходном сечении
Потери в скачках уплотнения
При дозвуковом течении в канале возможно образование местных зон сверхзвуковых скоростей, возникающих в районе наибольших скоростей на выпуклой стороне профиля. Эта местная зона затем размывается и переходит в дозвуковую зону. Такой переход, вызванный появлением скачка уплотнения, сопровождается потерей энергии.
Общая оценка профильных потерь – через коэффициент пр.
Величина пр может быть определена, если рассчитать по эмпирическим, а в ряде случаев и теоретическим формулам отдельные коэффициенты потерь. Для стандартных профилей данные по пр сведены в специальные графики, собранные в атласы профилей, по которым, в зависимости от конкретных условий и может быть найдено числовое значение пр.
Практически пр = 0,02 0,08.
Потери трения в пограничном слое у торцевых стенок канала
Они определяются в основном характером пограничного слоя и шероховатостью стенок.
Потери вследствие вторичных токов (от парного вихря)
Причины появления вторичных токов – поворот струи в канале и наличие разности давлений у его стенок (рис. 10). Давление потока в точке А больше, чем в точке В – РА > РВ, поэтому в пограничном слое на торцевых стенках появляется течение от А к В.
В
результате взаимодействия с основным
потоком образуется парный вихрь – у
торцевых стенок канала.
Абсолютная величина потерь, связанных с образованием парного вихря не зависит от высоты канала; поэтому относительное значение этих потерь возрастает с уменьшением высоты сопловых каналов.
Оценка обеих составляющих концевых потерь производится единым коэффициентом кон.
Для стандартных профилей данные по кон сведены в графики.
Практически кон = 0,02 0,12
Полный коэффициент потери энергии в сопловой решетке равен сумме коэффициентов профильных и концевых потерь:
Соответственно, для сопловых решеток, составленных из стандартных профилей с хорошо обработанными поверхностями
меньшее значение – для сопловых каналов очень малой высоты.
Для более точной оценки величины потерь в сопловой решетке должны быть учтены дополнительные факторы: технология изготовления и наличие угла раскрытия проточной части.
Характер
графиков, позволяющих определить
соответствующие поправки, дан на рис.
11 и 12б
Таким
образом
