автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.12, диссертация на тему:Физические и газодинамические характеристики диффузоров при больших скоростях на перегретом и влажном паре

'р'0-2 9 2

МОСКОВСКИЙ ордена ЛЕНИНА, и ордена ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

ДАУД САЛАХ

ФИЗИЧЕСКИЕ И ГАЗОдаНАМШЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДИФФУЗОРОВ ПРИ БОЛЬШИХ СКОРОСТЯХ НА ПЕРЕГРЕТОМ И ВШ51Ш ПАРЕ

Специальность - 05.04.12 - Турбомашшш и турбоустановки

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва

Г 92

Работа выполнена на кафедре паровых и газовых турбин Московского ордена Ленина и ордена Октябрьской революция энергетического института.

Научный руководитель: доктор технических наук профессор Дейч М.Е.

Официальные оппоненты: доктор технических наук

профессор Лэпешинский И.'А. кандидат технических наук Базаров А.К.

Ведущее предприятие: - Калужский турбинный завод.

Защита диссертации состоится 14 февраля 1992 г. в 15.30 час. в аудитории Л Б-409 на заседании специализированного Совета-К 053.16.05 Московского ордена Ленина и ордена Октябрьской Революции энергетического института.

Отзывы в двух экземплярах, заверенные печатью, просим присылать по адресу: 105835 ГСП, Москва, Е-250, Красноказарменная ул., д.14, Совет МЭИ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МЭИ. Автореферат разослан "_"_ 1992 г.

Ученый секретарь специализированного Совета к. т.н., сг.н.с. .

/А.И.Лебедева/

л ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

¿[^'^Актуальность работы. Исследования физических процессов в диффузорах, работающих на двухфазных средах различных скоростях на входе представляют значительный научный и практический интерес. Так как такие задачи весьма часто встречаются в различных областях техники. Результаты структурных исследований и интегральные характеристики диффузоров различных типов, работающих при околозвуковых скоростях на входе, представляют большой интерес такке и потому, что на таких режимах потери кинетической энергии валики.

Основные результаты, характеризующие эффективность плоских, конических и кольцевых диффузоров каналов, влияние геометрических и рехимных параметров, (в частности, чисел Маха и Рейнольд-са) на потери кинетической энергии и восстановительную способность диффузоров, получены на однофазных средах и при числах Маха М^-0. Шесте с тем, диффузорные каналы широко применяются на- конденсирующемся и влажном паре в более широком диапазоне чисел ГЛ]г 21,0. Двухфазные диффузорные течения реализуются в системах трубопроводов теплоэнергетических установок, в эжекторах, инжекторах и экспериментальных установках. Диффузорные каналы, работающие на влажном паре, встречаются в проточных частях турбин, а также в элементах первого и второго контуров АХ и вспомогательного оборудования.

Вместе с тем, необходимые опытные данные, характеризующие структуру потока, восстановительную способность диффузорных ка. налов и потерн кинетической энергии на влажном паре, в зависимости от геометрических и режимных параметров, недостаточны. До настоящего времени слабо изучены кризисные режимы в диффузорах различных типов при -I, отождествляемые с режимами ^запирания." Это обстоятельство послужило основанием для постановки исследований диффузоров различных типов на перегретом и влажном паре при дозвуковых и небольших сверхзвуковых скоростях на входе.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

I. Разработка моделей и методики исследования диффузорных каналов на перегретом и влажном паре при больших скоростях и создание комплекса измерительной аппаратуры, необходимой для измерений средних и меняющихся во времени параметров, а также

дисперсности жидкой фазы.

2. Изучение структуры течении влажного пара в плоских, конических и кольцевых диффузорах, определение газодинамических характеристик диффузоров на влажном паре в зависимости от чисел Маха, Рейнолъдса, степени турбулентности, угла раскрытия и степени расииреккя.

3. Исследование рекимов двухфазных потоков в диффузорах при раздельном моделировании по числам Маха и Рейнольдса.

4. Изучение влияния локального турбулизатора на входе в плоский диффузор на характеристики диффузора при различных начальных состояниях пара в широком диапазоне чисел Маха.

5. Изучение влияния угла раскрытия на характеристики плоских и конических диффузоров при различных начальных состояниях пара.

6. Определение пульсационннх характеристик в диффузорных каналах при переходе через состояние насыщения. Анализ спектра пульсации статического давления в зоне отрыва.

7. Сопоставление результатов расчета кризисных режимов диффузоров на влаяном паре в рамках модели одномерного, двухско-ростного к двухгеылературного потока монодисперсной структуры с опытными данными.

Научная новизна диссертационный работы состоит в следующем:

1. Усовершенствована методика экспериментальных исследований диффузоров на влажном паре при независимом моделировании по числам Маха и Рейнольдса и степени влажности.

2. Обнаружено существование двух областей повышенных потер! при околозвуковых скоростях и при небольших сверхзвуковых скоростях, которые трактуются как две области кризисных режимов.

3. Установлено влияние локального турбулизатора на входе в диффузор на газодинамические характеристики при околозвуковых

и небольших сверхзвуковых скоростях.

4. Установлено влияние влакности на распределение давлений на газодинамические характеристики диффузоров при различных числах Маха. Определены характеристики дисперсности жидкой фазы за коническим диффузором.

5. Установлено влияние угла раскрытия и степени расширения „иффузо^ов на его характеристики при больших скоростях на влак-нсм паре.

6. Подтверждено умеренное влияние влажности на газодинамические характеристики диффузоров, возрастающее с ростом числа Маха.

Степень достоверности и обоснованности результатов.

Надежная методика экспериментального исследования, основанная на тарировке зондов, показала удовлетворительную сходимость результатов при многократных повторениях. Удовлетворительное совпадение расчетных и опытных данных, подтверждают достоверность результатов и их обоснованность.

Практическая ценность работа. Заключается в получении структурных и газодинамических характеристик плоских, конических и кольцевых диффузоров на влажном паре при околозвуковых и сверхзвуковых скоростях. Установлено положительное влияние локальной турбулизации на входе в диффузор на характеристики кризисных режимов.

Личной вклад автора: Автором разработаны модели для исследования диффузорных каналов на влажном паре, разработана методика экспериментов. Выполнены экспериментальные исследования плоских, конических и кольцевого диффузоров при различных режимах и определены их газодинамические характеристики. Проведено экспериментальное исследование пульсаций в диффузоре при различных начальных состояниях в широком диапазоне чисел Маха, даны физические объяснения явлений, обнаруженных в опытах. Проведены расчета течения влажного пара в диффузоре.

Апробация работы: Результаты работы докладывались на газодинамическом семинаре кафедры ПГТ и на кафедре ПГТ МЭИ, на научных конференциях я семинарах по проблемам влажнопаровых турбин.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех разделов и выводов, изложенных на 158 страницах машинописного текста, 147 страниц иллюстраций. Список литературы из 118 наименований.

Методы исследования. Исследования структурных и газодинамических характеристик и пульсаций осуществлялось экспериментально с применением дренажных л зондовых, а такие оптического методов. Для расчетного исследования использовалась одномерная модель движения влажного пара.

Автор защищает: Методики экспериментального исследования . диффузорных каналов на перегретом и влажном паре; оттше газо-

динамические характеристики потоков в диффузорах при различных начальных состояниях пара при больших (околозвуковых) скоростях; физические гипотезы, объясняющие возникновение двух кризисных режимов и поведение пульсационных характеристик.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОИ

Во введении дано обоснование актуальности выбранной теш исследований.

В первом разделе представлен обзор экспериментальных и расчегно-теоретических исследований дкффузорных каналов. Изложенное в обзоре позволяет заключить, что отрывные течения в диффузорах могут возникать в широком диапазоне изменения режимных и геометрических параметров. Отрывные течения в диффузорах сопровождаются интенсивным возрастанием потерь кинетической энергии и снижением восстановительной способности диффузоров. Особенно значительное ухудшение характеристик диффузоров отмечено в области околозвуковых скоростей при умеренных числах Рейнольдса. Рассмотренные результаты исследований диффузорных течений показывают, что проблема околозвуковых кризисных режимов не изучена с необходимой полнотой, в особенности для двухфазных сред.

Двухфазные безотрывные течения в диффузорах изучены также далеко не в полном объеме, необходимом для создания обоснованной методики расчета диффузоров и выхлопных патрубков паровых турбин, для оценки их эффективности при различных режимах. Представленные в обзоре данные показывают необходимость дальнейшего подробного изучения диффузоров на влажном паре, в особенности, при околозвуковых скоростях Mil), необходимость изучения влияния геометрических и рекимных параметров на газодинамические характеристики конических и кольцевых диффузоров. Ознакомление с ли-туратурными данными и оценка состояния проблемы двухфазных диффузорннх течений, особенно при больших скоростях предопределили задачи настоящей диссертации.

Второй раздел посвящен описанию экспериментального стенда. Исследования проводились на контурах влажного пара КВП-1 и КВД-2 лаборатории физической газодинамики. Для исследования структуры потока и получения газодинамических характеристик диффузорннх каналов использовались:

а) метод распределения давлений по обводам каналов;

б) пневмометрические инерционные зонды, позволяющие фиксировать поля скоростей и давлений в характерных сечениях диффузоров;

в) метод малоинерционных измерений пульсаций статического давления в различных точках с помощью пьезокерамических малогабаритных датчиков типа ЛХ-610;

г) метод отпечатков для определения палей дисперсности на входе и за диффузором;

д) оптический теневой метод для изучения структуры потока во входных участках диффузоров.

С целью обеспечения необходимой точности эксперимента зонда полного и статического давлений предварительно тарировались. Термопары, которые использовались в эксперименте, также были протарированы. Статической и динамической тарировке подвергались малоинерционные зонда. Конструкция носиков зондов давления торможения обеспечивала попадание минимального количества капель в приёмную камеру.

Произведена подробная оценка погрешностей эксперимента. Установлеон, что степень влажности определяется с точностью до 5-6!?; полные давления - до 1.0 Я ; статические давления - до 1,0% ; диаметра капель - до 4-16$.

В третьем разделе представлены результаты влияния режимных и геометрических параметров на характеристики плоских диффузоров в зоне перегретого и влажного пара при дозвуковых и небольших сверхзвуковых скоростях. Числа Маха изменялись в пределах Mjt = 0,6-1,4; числа Рейнольдса варьировались в диапазоне R ej = 10* - 2,85'IQ . Экспериментальные исследования плоских, конических и кольцевого диффузора проводились при независимом изменении чисел Рейнольдса, Маха и степени влажности. Для осуществления раздельного исследования влияния чисол Ке£ и М^,- опыты проводились при одновременном изменении давления торможения перед подводящим каналом PQ и статического давления за диффузором Р2. Геометрическая степень расширения составляла Л =2,7, углы раскрытия составляли = 7°-20°. IIa ркс.1 показаны одна из моделей плоского диффузора я тепловой процесс в диаграмме & - Ь'

Исследования плоского диффузора с углом раскрытия = 10° при степени расширения Я = 2,7 осуществлялись с применением

локального турбулизатора, выполненного в виде малого внезапного расшрекия (уступа) на выходе из подводящего канала. Величина уступа изменялась в пределах J = 0,5+2,0 мл; относительные размеры внезапного расширения менялись в пределах 5" = 3,2-12,9 Исследован такие вариант внезапного сужения'( сГ « -1%). Ка рис.2 показало распределение давление <C¿ = Р(-/Р вдоль стенки диффузора для уступов Г = 0,5 мм и = 2,0 юл. На режимах I<!jT>I,0 происходит заметное смещение точки минимума давлений во входной участок диффузора. Так, в диффузоре = Ю° и

ft зафиксировано смещение точки минимума на расстояние

до ь-ос ~ д%/Q.j^ 1,7 от выходного сечения позводящего канала при 1.1 jij.$1,40. Штриховке литии = 0,546 и = 0,576 позволяет выделать на входном участке диффузора зоны сверхзвуковых скоростей, замыкающиеся скачками уплотнения. За скачками фиксируется дальнейшее сжатие дозвукового потока. Увеличение уступа до 2 J"/Hi = 0,129 ( Г = 2 мм) приводит к заметному изменению картины распределения давлений. Точка минимума давлений смещается по потоку, степень повышения давлений в диффузоре снижается по сравнению с меньшими уступами 5* =0,5 мм и Г = 1,0 мл. Следует подчеркнуть, что уступ Г = 2,0 образующий значительное внезапное расширение на входе в дктфузор, уне не является только турбулизатором пограничного слоя, а служит дополнительным сопротивлением, снижающим эффективность диффузора. На влажном паре отмечается некотороые уменьшение протяженности сверхзвуковой зоны и смещение точки минимума давления по потоку. Увеличение утла раскрытия до = 20° занчительно меняет картину распределения давлений вдоль диффузора; при Rgj = 2,85-ю5 и R ej = I,74*10® восстановление давление резко снижается; сжатие потока продолжается до выходного сечения. Опыты подтвердили, что диффузор с c*<j = 20° является отрывным во всем диапазоне исс.-едованккх режимов, что подтверждаете^ визуальными исследования:.!!'; в поле оптического прибора.

Для оценки гффективности диффузоров вводились коэффициенты .пптгтлг потр.пъ. Т = Н.^/Н-т (тс.Т). койбзжшенгы bhvtdshhux

P0j,P02 - давление торможения на входе и за диффузором; MIT, Ail - теоретические значения чисел Маха и безразмерных скорост

на входе в диффузор; Л г - осредненная скорость за диффузором. Очевидно, что Хп "й 4" ?/ • Использовались также коэффициенты потерь в конфузорло-дкффузорнсм канале (подводящий какал +■ диффузор) £"= ^ + ^ , где ^ - коэффициенты потерь в подводящем канале. Экспериментально определенные характеристики подводящего канала ^ использовались для определения ¡^ Коэффициенты ¡Г рассчитывались по отношению кдавлений торможения Р(32/,рО' где рр ~ Давлепие торможения перед подводящим каналом. К числу характеристик диффузора относятся также: степень повышения давления и коэффициент восстановления

£ = (Р2~Р^)/(Рд^-Р][), где РрР2 - статические давления перед и за диффузором.

Завис гадости ¡Г I от числа Маха при различных, но постоянных значениях числа Рейнольдса, представлены на рис.3 и I для плоских диффузоров с различными уступами ка входе. Результаты исследования отчетливо подтверждают, что в диффузорах с уступами 5" = 0,5-1,0 км резко снижается кризисное увеличение потерь в околозвуковом диапазоне скоростей = 0,9-1,1 (1,15). Опыты показали, что увеличение потерь в этом диапазоне чисел М|Т является локальным: в интервале чисел И^ = 1,1-1,25 коэффициенты внутренних потерь снижаются. Последующее увеличение скорости от = 1,25 до =1,4 приводит к интенсивному возрастанию потерь. В работе даны объяснения полученных результатов. Менее интенсивное увеличение /д в околозвуковом диапазоне чисел М1Т является следствием турбулизяруюдего воздействия уступов. Известное, что в подводящем канале перед диффузором при околозвуковых скоростях пограничный слой может быть частично или полностью лаыинаризировашшм, в особенности, при малых числах Рейнольдса. В этом случае отрыв слоя на входе в диффузор неизбежен и значения ^ интенсивно возрастают. Турбулизация слоя уступами приводит к устранению отрыва. Зона снижения потерь при = 1,1-1,25 объясняется стабилизирующим воздействием, волн разрежения, образующихся во входном участке диффузора.

Последующее резкое увеличение ^ >1,25-1,3) объясняется возникновением отрыва, создаваемого скачками, интенсивность которых увеличивается с ростом М^. Коэффициенты полных потерь и восстановления статических давлений подтверждают положительное воздействие малых уступов в зоне околозвуковых скоростей и

на участке стабилизации при Р.^ = 1,1-1,25.

Плоский диффузор с углом раскрытия = 20° характеризуется большими потерями, достигающими максимальных значений в интервале чисел М^ = 0,95-1,1, т.е. в околозвуковой зоне. В этом (отрывном) диффузоре кризисное возрастание потерь фиксируется при числах М-^^О.в (рис.5,а). Отмечается значительное снижение коэффициентов восстановления статических давлений по сравнению с диффузором 10° (рис.5,б). Для диффузора осу = 20° определены амплитуды пульсаций статического давления в трех точках по длине расаиряющейся части. Установлено, что с увеличением частоты пульсаций и числа Маха амплитуды пульсаций снижаются (рис.6). Для диффузора ^ = ю° лульсационные характеристики существенно отличаются: максимальные амплитуда достигаются в диапазоне частот 100-200 Гц и интенсивно снижаются с ростом частоты. К выходному сечению амплитуды возрастают. Б отрывном диффузоре ( °<2= 20°) максимальные амплитуды подучены на входном участке.

Четвертый раздел посвящен результатам исследования конических к кольцевого диффузоров на перегретом и влажном паре. Исследовались конические диффузоры с углами раскрытия = 7° и

= 13° с коротким подводядим каналом Д- = 3,33, Степень расширения варьировалась в пределах ¡1 = 2,7+8,0 (Для диффузора о^ = 13°). Коэффициенты внутренними полшх потерь для конического диффузора с подводящим каналом = 3,17 в зависимости от показаны на р;1С.7 (угол раскрытия = 7°) для стелен:', расширения (I - 4 ■ Сопоставление с данными на рис.З и 4 позволяет заключить, что эффективность конических диффузоров оказывается более высокой практически во всем диапазоне чисел М^ при близки значениях чисел Рейнольдса. Влияние степени расширения на отракают графики на рис.8. С увеличением степени расширения коэффициенты полных потерь интенсивно снижаются, но при Л >6 сохраняются практически неизменными. Возрастание числа Маха в предатах М-^ = 0,9-1,4 приводит к увеличению

^ . Такое поведение характеристик ^ ( а , Н^) отражает изменение внутренних и выходных потерь в зависимости от степени расширения и числа Маха. Исследование полей скоростей в выходном течении диффузоров показывает значительную неравномерность распределения 7\г по сечению и деформацию профилей скорости при

изменении числа Маха и степени расширения. Особенно велика асимметричность профилей скорости в конических диффузорах с углом раскрытия о^ = 13°, что подтверждается гр£*акгм:: па рис.9,а,б. Осредненше и максимальные значения Лг суивсхвовко снижаются с увеличением сгепена раапгроккя л . 3 диффузорах с утлом раскрытия Од. = 7° степень дофоряща:: профилей скорости оказывается менее значительной (рис.9,в,г). Следует ответить, что на потери в диффузорах и зависимости у и от числа

значительное влияние оказывает числоа Рсйпольдса, ::з:.эняв-шееся в опытах в пределах Пер = Ю5 - Так, для мини-

мального значения Ве2 = 10^ коэффициенты п достигают существенно больших значений, чем дгя Ве1 = 2,35'10°. У.скно предполагать, что при низких числах ВеТ течешз в диффузоре = 13° сопровождается отрывом. Кризисное возрастание потерь б околозвуковой зоне = 0,8-1,0 обнаруживается для всех степеней расширения (рис.10). Появление участка стабилизации 'С л ^ объясняется, по-видимому, тем, что в диапазоне чисел Угф = 1,0-1,3 сверхзвуковое кокфузорное ядро потока во входном участке дп'лФу-зора оказывает благоприятное воздействие на зону отрыва.

Измерение размеров капель за коническим диффузором с углом раскрытия Схд= 7° ц (I = 6,0 проводилась методом отпечатков при начальной влакпостк % = да? близки значений чисел М^ = 0,965 и М^ = 1,01 (рис.II). Предшествующие спиты показали, что за подводящим каналом капли :'акс®зль?шх размеров

сЬ = 55-60 кем обнаружены б пристенной сб.тасш. В направлении к оси подводящего канала диаматры капель интенсивно скпкаются до дн = 22-25 мат. Такое распределение диаметров капель во входном сечении диффузора объясняется тем, что з подзодящем канале влага концентрируется в пристенном слое, где образуется пленка, происходит срыв с волновой поверхности раздела фаз и коагуляция капель. Вблизи оси диаметры капель уменьшаются, так как в ядре потока скольжение капель увеличивается и по этей причине процесс их дробления интенсифицируется. 3 направлении к осп диффузора диаметры капель уменьшаются до 20-30 а затем вновь возрастают до 25-35 мгел на расстоянии Ъг = 16 мм; сюда проникают капли из пристенного слоя подводящего какала. Б направлении к оси дк интенсивно уменьшаются и достигают минимальных значений вблизи оси выходного сечения ( с1* ~ 10-12 мкм). Следовз-

телъно, на оси диффузора от входа до выхода диаметры капель уме> каются примерно в два раза. Этот эффект связан с частичным испа рением 'капель, так ка термодинамическая температура вдоль диффу зора возрастает, а тате со скольжением капель. Опыты подтверди;!, что масса испаряющейся в диффузоре жидкой фазы зависит от чисел йет, от и степени расширения п. . В работе пре,г ставлена ориентировочная оценка количества испаряющейся жидкости. Полученные данные о влиянии влажности на внутренние и полнь потери показывают, что возрастание ^ и ^ зависит от геомет .ричееккх и режимных параметров диффузора. С увеличением числа Д°палнительШ:1е потери от влажности возрастают.

Исследования кольцевого диффузора с углом раскрытия

10° и степенью расширения 1 = 2,7 подтверждают, что и в таком диффузоре сохраняются закономерности изменения относительного давления в зависимости от (рис, 12). Отмечается более значительное смещение точки минимума давлений по потоку при Ыц-,р>1,0. Диффузор развивает Еысокие степени сжатия в особенности, при небольших сверхзвуковых скоростях. Коэффициенты внутренних и полных потерь в кольцевом диффузоре качественно меняются в зависимости от М^ аналогично тому, как это установлено для плоских и конических диффузоров (рис.13). Вместе с тем, три характерные зоны (возрастания ^ при = снижения у при 1,1 и резкого увеличения при М^>1Д) оказываются смещенными в- область меньших чисел Маха. Подтверждается высокая эффективность кольцевого диффузора; коэффициенты потерь незначительно от тех, которые получены для конических диффузоров с близкими углом раскрытия .и степенью расширения в исследованном диапазоне чисел М^ , и влажности. Этот вывод подтверждается зависимостями, представленными на рис.13. Две зоны увеличенных -потерь при околозвуковых и сверхзвуковых скоростях, установленные при меньших числах Маха (М^ = 0,9 и Мт^>1,1) физически объясняются аналогичными причинами, а их смещение обусловлено особой формой подводящего канала и входного участка диффузора.

Проведенные исследования диффузоров различной формы в широком диапазоне чисел Маха подтверждают, что увеличение потерь в околозвуковой области и при небольших сверхзвуковых скоростях, а также снижение ¡Г„ и на участке между этими областями, объяс-. няются изменениями продольных градиентов давления, соответствую-

0.5 Об 07 0,8 03 '.О 1.Ю Ш 1.30 МО

Ви.^.КоэЗФадента енутреннг« потерь д зьзлгюост* от числа К'.Хл

с углеч раскрытия 10°; п. = 2,6 ^.ЭЛЙЧЦЦ* тсящин.1*

Ьк-2-

о- 5"=-0.3*0А им;' а- Я- 0,5 мм - результате; рвбйхи ("ЗдйНЗ

К"

0.451-

1,0 ММ; ^

уступи : 2,0 ММ,

08 09 .. _ ..

ригД.^эйнциен-га внутрояных потерь в д^уэоро С*Я=Ю , Л =2,6

о-5"= -о.з +-0,4 ж , 0 - о , а - У' о,5мм , д- «Г- 1,0 2.0 км , е - раоота С.^ыш.

I

К

I

о£ и м ¡1 и и

РИС.5.К0Э<ЙИЦИ9НТИ внутренних потерь и восстановления статического давления в_ зависимости от числа Мам в диффузоре о^- Д)и,

z

¿¿У--

__. щл*.

[/ / y<j/

—

■ al

as и er <а • »?

Q5 0.6 or iß 0.9 W U

Рис. б . 3»«ке>сл!кт« Af CT Vïua Ííx* i плоской JWÍtfyíop« с jtjok рескрлч* -20, rt -2,6 tip«

Р;*.с. 9 . Влияние стопени (асшкреичя д:''Музсрв л на коэф{чщгент!1 псины* потерь.

О,К

03 0,2 0,1

>1 /ию

«/Л Ш , с./ -

о/ <г) Чо

0,25

Ь»

Рис.9. Распределение скоростей в выходном сечении комических

диффузоров с углами раскрытия Сх^ = 13°; дТ0 = 0-4К; для различных значений степеней расширения и чисел Маха.

лач&лыах с'.с*Cñ^a л .

Рис. 1J , Дисперсность ки^ксЯ 'лэ ¡/хеттом ссдОг:м ко:ъмесксго ^Йузо;^ = 7°, /I » 6, Z¡*= ЬО га, = 3,17, = ICÍ. Р £ = 1,9'1Ú5 к в моском диМузогв &<¡ = 10°, п. » 2,6

jasota с. Заяаи-

- 1о-

• - . 70 ;. 40 . . 60 ... ¡>0 Ю0. .120 Ш 60 180. ¿00 рис. 12 . Распределил стат.тчс-сг.сго доз-чен/я Бд^ь стон::* узо;а.

■ . >}. 1с°. а • 2.7. ке1 = г.щ-ю», дт, -. 55-45К..

ал йЛ о,7

0.9 1,0 1,1 1.2

Рас. 13 . КоэМицяенть' внутрккях и ссгакх потерь г загасгаксп: сг числа Маха в катъцеЕсм д1гЗДузсро = ю°( п = 2,7; 1^2 - 2,65'1С5

щей перестройкой пограничных слоев я болксеыки процесса:.:;;. &*"-ную роль при этом играет реламинарпзацпя пограничных слоев к их дестабилизация (отрыз) под воздействие:.! больших пслодптель-ных градиентов давления, создаваемых скачками. Волны раз резонна, возникающие до скачков стабилизируют пограначшЗ слой. Скачки при как правило, приводят х отрыву погранично-

го слоя, так как их интенсивность оказывается значительней.

Приведенные в диссертации результаты расчета потока в диффузоре в рамках одномерной двухсхоростной и двухтеппесатурной модели потока влажного пара показали удовлетворительную сходимость с данными опыта при дозвуковых скоростях. При сверхзвуковых скоростях обнаруживается значительная погрешность метода, не учитывающего структурных из?:екенм;г пограннтчкого слся. Вместе с тем, расчеты позволили оценить изменение и воздействие тех характеристик потока, которые не могут быть установлены экспериментально (коэффициенты скольжения, изменение диаметров капель вдоль диффузора а др.).

Результаты исследован:;;: плоских, конических и кольцевого диффузоров в широком диапазоне чисел :.!а>:а С,61,45 на перегретой, насыщенном и влагнем паро позволяют сделать следующие основные выводы:

1. Кризлсныо решай в диффузорах различкых форм к геометрических параметров возникают в двух диапазонах чисел Г.'аха: при околозвуковых (Ытгр = 0,95-1,15) ;: сверхзвуковых (¡Л^ 71,2-1,25) скоростях. 3 небольших сверхзвуковых скоростях (М-р = 1,1-1,25) потери могут уменьшаться.

2. Введение локальной турбулизации пограгпгшего слоя в форме слабого внезапного расширения пера д^узором (2Г«3,0-3,5;») позволяет существенно снизить интенсивность возрастания потерь

з зона околозвукового кризиса в плоских диффузорах л сместить пту зону в сторону больш[IX чисел

3.'Прк околозвуковых и сверхзвуковых скоростях во входной '"■•ости диффузора обнаружены пульсации давлений ¡игрокого спектра, .:сзникновение котеркх связано с колебаниями скачкш уплотнения. Периодическая миграция скачков создает вксокоалплигудш© лулзса-ц;л при низкой частоте ]) = 100-210 Гц.

4. Подтверждено определяющее влияние угла раскрытия диффузоров на внутренние и полные потери, а также восстановление давлений (степень сжатия) в плоских и конических диффузорах при околозвуковых и сверхзвуковых скоростях.

5. Увеличение степени расширения конических диффузоров при углах раскрытия ^ ^ 7-8° (безотрывные диффузоры) приводит к снижению полных потерь во всем диапазоне чисел В отрывных конических диффузорах ( = 13°) увеличение степени расширения от п = 6,8 до п = 10 не приводит к существенному изменению коэффициентов полных потерь.

6. С увеличением числа Маха степень сжатия в диффузоре непрерывно возрастает. Для получения максимальных степеней сжатия можно переходить в область сверхзвуковых скоростей, учитывая при этом характер изменения внутренних и полных потерь от числа Маха, угла раскрытия и степени расширения.

7. На влажном паре коэффициенты внутренних и полных потерь возрастают во всем исследованном диапазоне чисел Маха 0,6 М^ I,1 Дополнятельные потери влажности в диффузоре существенно меняются в зависимости от углов раскрытия, степени расширения, чисел Маха и Рейнольдса. Минимальное влияние влажности установлено

для конических диффузоров с утлом раскрытия сх^ = 7° при степени расширения Я - 6+8.

8. С увеличением "загромождения" потока пограничным слоем на входе в -диффузор потери кинетической энергии в плоских и конических диффузорах возрастают. Влияние "загромождения" усиливается с ростом влажности, сопровождается уменьшением полноты профиля скорости в пограничном слое, что приближает вероятность отрыва.

Подшкмно к леча!и Л— ^'

Леч. л. /УУ Тираж Заказ //? Бесплатно.

Типография МЭИ, Красноказарменная, 13.