Лопаточные машины / вопросы к экзамену

ВОПРОСЫ К ЭКЗАМЕНУ

за 20011/12 учебный год по турбомашинам

(лопаточным машинам)

Обязательный минимум вопросов повторения из курса МЖГ

(использовать при подготовке к ответам на основные экзаменационные вопросы, большая часть входит в состав самостоятельных экзаменационных вопросов или используется в качестве дополнительных при ответе студента на основные вопросы)

1. Термодинамические характеристики рабочего тела, параметры состояния. Первый и второй законы термодинамики. Изменение энтропии.

2. Кризис течения в сжимаемых жидкостях, запирание по расходу (см. также вопрос 11).

3. Вязкость и внутреннее трение в жидкостях и газах. Зависимость вязкости от параметров состояния.

4. Законы переноса. Виды и основные понятия пограничного слоя, условные толщины. Понятие о режимах течения и турбулентной вязкости.

5. Механизмы перехода кинетической энергии в потенциальную энергию. Параметры торможения. Распределение параметров состояния по обводам обтекаемого тела.

6. Основные гидродинамические понятия, свойства элементарной струйки тока, виды расхода, плотность тока. Причины различия расхода через поперечное и живое сечения канала.

7. Характерные скорости потока. Эквивалентность изменения скорости и работы расширения-сжатия. Безразмерные скорости и связь между характерными скоростями в размерном и безразмерном виде.

8. Газодинамические функции параметров торможения. Критические и полные параметры.

9. Нестационарное одномерное уравнение неразрывности в полных и в статических параметрах. Примеры проявления нестационарности (гидроудар, помпаж и пр.).

10. Газодинамическая форма уравнения неразрывности. Газодинамические функции расхода.

11. Анализ формулы расхода. Запирание каналов по расходу (см. также уравнение Гюгонио). Воздействия, способные вызвать запирание каналов по расходу.

12. Частные случаи уравнения Эйлера: радиальное равновесие, универсальный закон изменения окружной составляющей скорости.

13. Уравнение движения в форме Громеки–Лемба и интеграл Коши–Лагранжа. Энергетическая форма Крокко. Условия постоянства полной энтальпии.

14. Интеграл Бернулли, условия постоянства полной механической энергии. Анализ уравнения Бернулли.

15. Уравнение количеств движения (первое уравнение Эйлера) в общем виде. Тензор импульса и его компоненты. Неконсервативная форма для расчета силового взаимодействия потока и обтекаемых тел.

16. Методика применения уравнения первого Эйлера, примеры расчета сил (реактивная тяга, силы в решетке профилей).

17. Уравнение моментов количеств движения (второе уравнение Эйлера). Крутящий момент, мощность и работа одной ступени лопаточной машины; связь работы с силами, действующими на лопатки.

18. Понятие о принципе работы турбомашин. Энергетическая форма уравнения моментов количества движения, коэффициенты нагрузки (закрутки, напора), напорность ступени.

19. Общая форма одномерного стационарного уравнения энергии в тепловой и механической форме (обобщенное уравнение Бернулли).

20. Уравнение энергии для идеального и реального энергоизолированного течения, политропический интеграл, T-S – диаграммы процессов ускорения/торможения.

21. Анализ формулы работы, примеры управления работой расширения/сжатия, КПД процессов расширения/сжатия. Коэффициент теплового сопротивления, коэффициент возврата тепла.

22. Изоэнтропный и адиабатный потоки. Работа и КПД турбомашин, T-S диаграммы.

23. Характеристики потерь и их взаимосвязь. Особенности гидродинамической трактовки коэффициента потерь кинетической энергии.

24. Потери энергии в канале постоянного сечения (трубе) для капельных и сжимаемых жидкостей. Основные виды местных сопротивлений – конфузор и внезапное сжатие, диффузор и внезапное расширение.

25. Потери при повороте потока, вторичные течения. Параметры поворота, определяющие величину составляющих потерь при повороте.

26. Переход ламинарного режима течения в турбулентный, структура турбулентного пограничного слоя и закон распределения скоростей по его толщине, отрыв пограничного слоя. Расчет коэффициента Дарси для ламинарного режима, турбулентного режима с различной степенью проявления шероховатости (неравенства Сабанеева). Характеристика сети.

27. Связь сжимаемости со скоростью потока, вывод и анализ. Другие уравнения и формулы, подтверждающие или повторяющие этот анализ. Уравнение Гюгонио и анализ геометрического воздействия.

28. Уравнение обращения воздействий. Краткий анализ воздействий, виды дроссселирования течений (виды кризиса течения). Необходимость комплексных воздействий на поток в турбомашинах.

29. Тепловое воздействие, его анализ. Тепловой кризис, проявление в основных и форсажных камерах сгорания.

30. Кинематика движения жидкой частицы. Виды движения. Вихревое и потенциальное движение, условия незавихренности, потенциал скорости. Основные понятия. Уравнения, описывающие вихревое течение.

31. Теоремы Стокса, Гельмгольца, Томсона. Проявления действия теорем и нарушения их условий (свободные тороидальные вихри; тороидальные вихри, порожденные осевыми вихрями; разгонные вихри; вихревые следы, разрывы и пр.). Расчет потенциального вихря.

32. Истечение из косого среза, предел расширительной способности косого среза.

33. Законы сохранения в теории скачков уплотнения и ударных волн. Природа потерь в нормальных разрывах поля скоростей.

34. Кинематическое соотношение для скачков уплотнения и его анализ. Скорость следа за ударной волной. Динамическое соотношение на поверхностях нормального разрыва. Ударная адиабата Гюгонио. Системы скачков уплотнения.

35. Расчет угла фронта косых скачков уплотнения. Предельный угол поворота и возникновение отсоединенных криволинейных скачков уплотнения.

36. Режимы истечения из сопла Лаваля. Диаграмма режимов истечения.

Экзаменационные вопросы по изученному в дисциплине дополнительному материалу

37. Классификация турбомашин по направлению передачи энергии, по преимущественному направлению потока. Преимущества и недостатки различных типов турбомашин.

38. Классификация турбомашин по форме меридионального сечения проточной части, преимущества и недостатки различных схем проточной части.

39. Классификация турбомашин по нагруженности, классификация компрессоров и ступеней компрессоров по степени повышения полного давления. Количественные значения соответствующих параметров и краткая характеристика указанных видов турбомашин.

40. Классификация турбомашин по скорости обтекания профилей (истечения из межлопаточных каналов). Краткая характеристика указанных видов турбомашин.

41. Классификация турбомашин по числу валов. Обоснование необходимости применения многовальных турбомашин.

42. Основные показатели работы и параметры турбомашин. Требования, предъявляемые к компрессорам и турбинам.

43. Основные геометрические параметры проточной части, ограничения и перспективы развития параметров проточных частей.

44. Геометрические параметры профиля, краткий анализ и характерные значения.

45. Геометрические параметры решетки профилей и лопаток. Краткий анализ.

46. Принцип работы ступени турбомашины. Работа на неизогнутых профилях. Режимы принудительного вращения, авторотации, флюгирования. Необходимые элементы ступени турбомашины и преобразование энергии в этих элементах.

47. Принцип работы ступени турбомашины. Передняя и задняя критические точки. Развитие циркуляции вектора скорости на аэродинамическом профиле, распределение давлений по профилю, осевые и окружные усилия. Работа окружных сил.

48. Активный и реактивный принцип работы ступени турбомашины. Кинематическая степень реактивности. Термодинамическая степень реактивности.

49. Распределение параметров потока по длине ступени в активных и реактивных ступенях.

50. Основы расчета ступени турбомашин с использованием степени реактивности. Входная и выходная закрутка потока.

51. Анализ влияния кинематической степени реактивности на планы скоростей ступени осевого компрессора.

52. Анализ влияния кинематической степени реактивности на планы скоростей ступени осевой турбины.

53. Атакоустойчивость профиля и решетки профилей компрессоров и турбин. Характеристика компрессора по потерям (КПД). Факторы, определяющие атакоустойчивость.

54. Зависимость работы ступени компрессора от расхода воздуха. Характеристика компрессора по напорности (степени повышения полного давления). Основные режимы работы компрессоров и границы области рабочих режимов.

55. Особенности характеристик центробежных компрессоров с различной формой лопаток.

56. Обобщенные и универсальные характеристики компрессора. Приведение параметров компрессора к стандартным атмосферным условиям. Возможные погрешности формул приведения.

57. Газодинамические основы рассогласования работы первых и последних ступеней компрессора (ступени и сети) на нерасчетных режимах работы.

58. Помпаж компрессора на малой частоте вращения ротора. Различие в газодинамической устойчивости компрессоров разной напорности. Влияние густоты решеток первых ступеней на запас газодинамической устойчивости.

59. Помпаж компрессора на повышенной частоте вращения ротора. Помпаж на переходных режимах, влияние параметров камеры сгорания. Общий принцип влияния на газодинамическую устойчивость параметров других узлов, образующих напорную сеть компрессора.

60. Вращающийся срыв в компрессорах, надроторные устройства.

61. Изменение расхода воздуха через компрессор по частоте вращения. Регулирование компрессора с помощью перепуска воздуха.

62. Регулирование компрессора с помощью поворотных направляющих аппаратов.

63. Регулирование компрессора, 2-х и более вальная схема компрессора, изменение скольжения роторов при изменении частоты вращения.

64. Короткие, средние и длинные лопатки. Профилирование длинных лопаток по высоте, законы профилирования. Основные положения и уравнения для расчета планов скоростей по высоте.

65. Профилирование по закону постоянной циркуляции и закону постоянного угла выхода из соплового аппарата, сравнение с законом постоянной реактивности.

66. Профилирование по закону постоянной реактивности (твердого тела), сравнение с законом постоянной циркуляции.

67. Общая номенклатура потерь в решетках турбомашин, краткая характеристика видов потерь и их зависимость от основных режимных и геометрических параметров.

68. Дополнительные потери в турбомашинах: от нестационарности, в зазорах, на трение о диски, на охлаждение, с выходной скоростью.

69. КПД турбомашин: адиабатный по параметрам торможения, адиабатный по статическим параметрам за турбиной/ступенью (мощностной), политропный.

70. Зависимость адиабатного и мощностного КПД от отношения U/C₁.

71. Оптимальные планы скоростей одноступенчатой турбине при переменной степени реактивности. Управление отношением U/C₁.

72. Распределение работы, КПД, осевой скорости и степени реактивности по ступеням многоступенчатых компрессоров.

73. Распределение работы, КПД, осевой скорости и степени реактивности по ступеням многоступенчатых турбин.

74. Предел реализуемой в ступени турбины и отдельных лопаточных решетках работы (см. вопросы 28, 32). Влияние предела расширительной способности косого среза и запирания каналов по расходу.

75. Многоступенчатые турбины, турбины со ступенями скорости и ступенями давления.

76. Параметры нагруженности y, y^* для многоступенчатых турбин, параметры напряжений _т и Fn².