3.4.2.1.Течение на входе в решётку

В любом реальном компрессоре поток воздуха набегает на решётку профилей вдоль какой–либо поверхности. Это может быть как входное устройство, элемент статора, переходный канал и другие элементы конструкции. Поэтому на торцевой поверхности перед лопатками всегда есть входной пограничный слой толщиной с тем или иным профилем скорости. Но при любом профиле скорости на внешней границе входного пограничного слоя скорость потока будет равна входной скорости , а непосредственно на стенке .

Натекая на лопатку входной пограничный слой будет тормозиться на входной кромке лопатки (в передней критической точке профиля).

Рис. 3.14 Схема образования в решетке подковообразного вторичного вихря.

1 – входной вихрь;

2 – траектория вихря.

При этом давление торможения на внешней границе пограничного слоя будет равно , а непосредственно у торцевой стенки будет равно статическому давлению в невозмущённом потоке . Естественно , и возникающий градиент давления заставляет перетекать жидкость из области высокого в область пониженного давления, то есть к торцевой стенке.

В результате этого перетекания напротив входной кромки лопатки пограничный слой сворачивается во входной подковообразный вихрь, диаметр которого . Растекаясь в стороны от критической точки (где давление максимально) по поверхности входной кромки, вихрь образует две ветви. Одна из них движется вдоль спинки лопатки, а другая под воздействием перепада давления в межлопаточном канале смещается в сторону спинки соседней лопатки и всплывает над торцевой стенкой. Таким образом, часть входного пограничного слоя напротив входной кромки лопатки сворачивается в подковообразный вихрь, а другая часть продолжает поступать в межлопаточный канал.

2. Пристеночное течение в межлопаточном канале решётки

Рассмотрим, как ведёт себя струйка тока, которая входит в решётку в пристеночной области. Предполагая, что пограничный слой тонкий, по сравнению с высотой межлопаточного канала, и что нет отрыва потока, можно считать, что распределение статических давлений у стенок будет таким же, как для области течения за пределами влияния торцевых стенок. Нагруженность решётки в пристеночной области будет такая же, как в средней части по высоте лопаток, но при значительно пониженной скорости потока в пределах пограничного слоя.

А Б

Рис. 3.15 Траектория линии тока в решетке

А – линии тока в ядре потока;

Б – линии тока у торцевой стенки

Градиент статического давления поперёк линии тока прямо пропорционален квадрату скорости и обратно пропорционален радиусу кривизны линии тока в межлопаточном канале, то есть . Поэтому, ввиду равенства нагруженности лопаток, этот градиент одинаков в пристеночной области и в середине высоты проточной части, а скорость течения меньше в пристеночной области, то радиус кривизны линий тока в пристеночной области должен быть меньше, чем в среднем по высоте сечении решётки. В результате в средней по высоте части канала линии тока имеют кривизну, близкую к кривизне поверхности профиля лопатки, а вблизи торцевой стенки кривизна линий тока значительно больше. Это приводит к появлению составляющих скорости, перпендикулярных скоростям основного потока и направленных поперёк канала со стороны давления (корытца) к стороне р азрежения (спинке).

Поскольку течения сквозь лопатку быть не может, то в канале формируется циркуляционное течение, называемое канальным вихрем. Так как канальный вихрь образуется у обоих торцевых стенок, то говорят о парном вихре в решётке. Канальный вихрь обычно поглощает, как более мощный, подковообразный входной вихрь, образуя с ним на выходе из решётки единую вихревую структуру. Таким образом, торцевые стенки приводят к появлению в пристеночной области сугубо трехмерного течения и поэтому оказывают существенное влияние на характеристики решётки в целом.