автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.11, диссертация на тему:Использование профильных поверхностей для совершенствования теплотехнического оборудования АЭС

^ ^ () Ч И €

ЕСЕРОССШСКИЙ НАУЧНО-ИССЛВДОВАТЕЛЬСКИИ И ПРОЕКТНО-КОНСТРУНТОРСКИИ ИНСТИТУТ АТОМНОГО ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО МАШИНОСТРОЕНИЯ (ВНИИАМ)

на правах рукописи

ШЩРУС АННА АБРАМОВНА

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРОФИЛЬНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЛЯ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ АЭС

Специальность 05.04.11 - атомное реакторостроение, машины, агрегаты и технология материалов 'атомной промышленности

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1992

Работа выполнена на кафедре физики Калужского Государственного педагогического института им. К.Э.Циолковского.

Научные руководители:' доктор технических наук, профессор Зарянкин А.Е.,■ доктор технических наук, профессор ШклоЕер Г.Г.

Официальные оппоненты: доктор технических наук Мильман 0.0., кандидат тех!шческих наук Васильченко Е.Г.

Ведущая организация: Научно-производственное объединение по исследованию и проектированию энергетического оборудования им.И.И.Ползунова (НПО ЦКТИ).

. .Зашита состоится 1992 года в ауд. 416 в

ур ;2=часов на заседании спешзлизированного Совета при Всероссийском научно-исследовательском и ггроектно-конструкторском институте атомного энергетического машиностроения по адресу: 125171, Москва, ул.Космонзвта Волкова, д.б,а Ученый Совет ВНШАМ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВНЖАМ.

.1992 г.

Ученый секретарь специализированного Сов* к.т.н.

Ст/.п |

... ,

......... - 3 -

иБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТУ

Актуальность работы. Еопрсси совершенствования

теплотехнического оборудования атомных электростанций в той или иней степени связаны с проблемой повышения эффективности диффузорних каналов, которые яелягстся неотъемлемой частью паровых и вла;шопарових турбоустановок. Экономичность турбоустановок ео многом определяется характером течения пара именно на ди^С-узорных участках проточной части, где наиболее вероятно возникновение отрыва потока от стенок канала. Увеличение объемных расходов пара, характерное для современного теплотехнического оборудования АЭС,. влечет- за собой рост еходной неравномерности параметров потока и уменьшение Еосстановительной способности диффузора.

Традиционные методы управления пограничным слоем в одних случаях связаны с добавочным подводом энергии к потоку, е других со значительным увеличенном сопротивления канала.

В связи с этим актуальной задачей является поиск таких мер предотвращения пли затягивания стрыЕа, которые Си в минимальной степени увеличивали сопротивление и аффективно метли характер течения х-идкости в яп^узорнкх каналах. Такая задача может быть решена путем применения на диффусоргшх участках профильных поверхностей, расположенных е направлении движения жидкости.

Поль работы .

I .Теоретическое исследований на основе решения простейших задач целесообразности замени гладких поверхностей поверхностями с продольными канавками.

2.Спредележе необходимых размеров прололышх канавок на обтекаемых поверхностях, обеспечивающих их наиболее эффективное применение, но основе теоретических решений и анализа условий сохранения безотрывного течения на диффузорних участках.

3.Экспериментальная оценка степени снижения потерь рнирлда при использовании указанных поверхностей па конксотннх элементах теплотехнического оборулсвания атомных электростанций.

Плучнлл тг.:г:п дитсертаниашоП работы состоит в с.юлуккем: устзн.-.гдаио, что поток, двигавшийся г. каиоьках, 1:№КТИВНО '/СГГГ.МТ ПЭТОК пая ВЫСТУПОМ И ССлГаПЛчТ вксокуп ста'".-1 и- "гт:, те-.-ппл в йП'Луссрнкл областях. По :.:. :: уг-лич' ния

скорости на внешней границе впадины имеет место факт интенсивного увеличения полноты профиля скорости над выступами;

- подучено, что наибольшая глубина продольных канавок для достижения максимально возможного для безотрывного течения продольного градиента давления не должна превышать 30% физической толщины пограничного слоя, а также сделан вывод о необходимости выполнения канавок с постепенно увеличивающейся глубиной;

- разработана инженерная методика расчета пограничного слоя для произвольных каналов, • экспериментальная проверка которой показала высокую сходимость результатов;

- показано, что применение профильных поверхностей в высоконагруженных диффузорных каналах позволяет поднять предельно допустимый положительный градиент давления и снизить тем самым потери энергии на 10-20%;■

- проведены экспериментальные исследования зависимости коэффициента полных потерь профилированного диффузора от геометрических и режимных характеристик канала;

- экспериментально получена зависимости профильных потерь в сопловых лопатках с продольными канаЕками на спинках от геометрических размеров канавок, от режимных параметров канала;

- проведены экспериментальные исследования сопловых лопаток с профилированными входными кромками.

Достоверность научных выводов и рекомендаций диссертации обосновывается использованием при экспериментальном исследовании диффузорных каналов известных, хоропо апробированных на практике методик, реализованных с помощью современных способов и средств измерений, правильность применения которых подтверждается хорошим совпадением полученных результатов с литературными данными, а также фактом надежного воспроизведения опытных данных, сопоставлением с данными других авторов и оценкой погрешности эксперимента.

Практическая ценность работы. Основные результаты работы, позволившие расширить диапазоны безотрывных режимов течения в диффузорах и решетках, внедрены на ГП "Калужский турбинный завод". Данные работы могут быть использованы при проектировании и расчете проточных частей теплотехнического оборудования АЭС.

Личный вклад автора,. Автором лично разработано и

- о -

выполнено следующее:

. I. Проведен обзор литературы и сделан анализ опубликованных данных.

2. Модернизирована экспериментальная установка для проведения исследования эффективности профилированных поверхностей, и создана экспериментальная модель для исследования лопаточных аппаратов и диффузоров.

3. Теоретически решена задача о развитом течении вязкой жидкости между двумя бесконечно длинными профильными поверхностями, показано, что небольшие нарушения граничных условий ведут к достаточно сильным изменениям в распределении скоростей по всему каналу.

4. Исследованы условия возникновения отрыва потока в диффузорных каналах, и на основании физической картины течения и анализа сил, действующих в пределах пограничного слоя, теоретически показана целесообразность замены гладких поверхностей профилированными поверхностями с продольными прямоугольными канавками.

5. Разработан инженерный метод расчета пограничного слоя для- произвольных каналов, не требующий введения экспериментальных корректирующих коэффициентов.

6. Проведены экспериментальные исследования структуры потока в зоне действия продольных'канавок.

7. Экспериментально получены зависимости коэффициентов полных потерь профилированных высоконагруженных диффузоров от их режимных и геометрических параметров.

8. Экспериментально исследованы сопловые лопатки с профильными поверхностями в области косого среза, а также с треугольными прорезями на входных кромках.

9. Сделан анализ результатов исследований.

Апробация работы. Основные результаты работы

докладывались на научно-технической конференции "Проблемы надежности, экономичности, контроля и диагностики энергетического оборудования и электростанций" (Москва, МЭИ, 1988 г.), на 3 Всесоюзной конференции молодых исследователей "Актуальные вопросы теплофизики и физической гидрогазодинамики" (Новосибирск, 1989 г.), на Всесоюзной конференции "Некоторые проблемы создания и эксплуатации турбинного оборудования" (Свердловск, 1989 г.), на 7 Всесоюзной школе молодых

исследователей "Современные проблемы теплофизики" (Новосибирск, 1992 г.), на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава КГШ км К.Э.Циолковского (1989-1992 гг.), на газодинамическом семинаре кафедры паровых и газовых турбин (МЭИ,яниарь,1992 г.), на семинаре лаборатории теплофизики и термогазодинамики (КГПИ, март,1992 г.).

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 4 научных статьи.

Структура диссертации. Работа состоит из введения, четырех глав, выводов, библиографии из 97 наименований и Приложения. Объем работа: 120 страниц машинописного текста, 80 рисунков, 2 таблицы и приложение на 17 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

^^гаед^нии обоснована актуальность темы диссертации, сформулировачн основные цели намеченных экспериментальных исслелопаний.

В первой главе представлен обзор работ, посвященных оснарним известным методам геометрического и аэродинамического воздействия на течение в диффузорних каналах с целью предотграямшя или затягивания отрыва потока. Для целого ряда работ характерно упрощенное представление о роли сил трения £. и^тядовенкя отрыва потока от стенок канала.

!!рт П'^робн'м анализе гид. д«а-л:-.у>дикх на .

мпол : т.к. что роль с ил тренпл при кокФу?';р:-:'. дп'!:7?"р!гг: точении различно, а именно. ь д/ЛС/зорисй с^ла-тп гили тр"н;:л У стенки противодействуют тормож еник.' потока. Ьгаелег-атае слои жидкости увлекают е направлении основного тгтая ее нижние слои.

Все наиболее эффективные методы предотвращения отрыва потока базируются нз ДЕух положениях. Первое предполагает уменьшение физической толщины пограничного слоя и повыпенив напряжения трения на стенке. Вторым направлением борьбы с отрывом является поиск путей активного воздействия на характер течения в зоне, где силы трения играют благоприятную роль. Так при отсосе пограничного слоя через щель неизбежно сокращается

толщина пограничного слоя S и увеличивается напряжение трения а . При использовании шероховатых, поверхностей значительно возрастает т , и за счет повышения степени турбулентности улучшаются услоеия течения в пристеночной области. В случае использования пристеночного вдува наибольший эффект достигается при малых размерах щели, когда активная струя меняет условия течения в указанной области.

Проведенный обзор работ показывает, что решение этой проблемы неизменно замыкается на решении задачи о расширении области безотрывного течения при сохранении заданного общего продольного градиента давления.

Среди методов активного и пассивного воздействия на характер течения жидкости в диффузорах и диффузорных областях достаточно перспективным и наименее изученным является метод, основанный на замене традиционных гладких поверхностей поверхностями с продольными в направлении основного течения канавками различней фермы. •

Во второй глдеп дано списание окспериментального стенда, который использовался при проведении настоящей работы,

- Испытания моделей диффузоров и турбинных решеток проводились на воздушной аэродинамической трубе (BAT-I). В качеств нагнетающего устройства в зависимости от исследуемого режима использовалась либо воздуходувка типа ТЕ-42-1,4, либо воздуходувка типа "Eger". Воздух подавался по трубопроводу через 7-градусный диффузор в успокоительный ресивер, на фланце которого крепилась рабочая часть модели. Внутри ресивера закрепляли два ряда сеток для выравнивания параметров потока в выходном сечении. Выхлоп осуществлялся в помещение лаборатории.

Ка фланце ресивера крепился координатник, перемещающий зонд вдоль циклонной стенки и по нормали к оси диффузора, что давало возможность снимать поля скоростей в любом сечении по длине диффузора. Минимальный aar перемещения зонда ' в фиксированном сечен;::! канала 0,1 та.

Модель имела плоска* сменные пластины, погьоляш» менять длину диХузора. У.-тянськсй разделительных перегородок можно было менять ¡зарину купола. Изменение степей;: расширения диффузора при практически идентичных входных условиях достигалось, путем поворота плоских пластин вокруг осей

Стенки исследуемых диффузоров дренировались с тагом 10 мм. Дренажи были размещены также по кружности на фланце ресивера перед диффузором и е "горле" канала. Давление полного торможения измерялось в ресивере, в клапанной коробке и в "горле" диффузора.. Затемнение зондом полного напора входного сечения диК&'зарз составляло меньше 1%.

Возможность варьировать начальными к конечными параметрами пара позволяла проводить испытания в широком диапазоне изменения И и Ее. Поля давлений определялись с помощью пневмозонлов, выведенных на водяные дифференциальные и образцовые манометры класса точности 0,15. Одновременно с интегральными измерениями осуществлялась визуализация течения, для чего боковые стенки модели были выполнены прозрачным!.

Третья глава посвяшена расчетно-теоротпческим исследованиям течения в каналах с профилированными в направлении движения поверхностей. Здесь была решена задача о движении вязкой жидкости в плоском канале с профильной стенкой. На ее /гримере можно проследить Елпяние изменения граничных условий на характер точения в канале. Рыла получена формула для расчета скорости потока в канавке, что позволило построить эггдры скоростей раашх видов в зависимости от скорости в канале.

ий.у) = В Щ(Гф1.Я1п гг , I

зЬ'&'ЛКЫ ч о " " * —^т—--« * ~~-"гг: ^ •

да—р— % ад—р-я

+1

» 31п 7СУ , (I)

где В - (0,1-0,7) й , й - максимальная скорость в центре

тип таз г г

канала.

Жидкость, двигающаяся над канавками, имеет скорость более высокую, чем скорость частиц, расположенных над выступом. В результате взаимодействия рассматриваемых слоев происходит ускорение жидкости над выступами и торможение ее над канавками.

Наибольший практический интерес представляет факт интенсивного увеличения полноты профиля скорости над выступа..:;: по коре увеличения скорости на Енешней границе впадины. Важным представляется вывод о существовании некоторой предельной скорости движения жидкости на внесшей поверхности канавки,

поскольку отсюда следует вывод о налач;ы оптимальной ее глубшш.

Размеры пристеночной области, где к.",еэт место

положтельное с точки зрения безотрывного течения влияние сил

трения, определяются по формуле

г.___На

л Ут " ЗНсн-6~ • [">

где На = о■ар/от _ критерий Гагенэ-Федяевского, используемый

для оценки предельно допустимого продольного градиента давления, уп = у /5 - безразмерное расстояние от стенки. Величина у ассимптотически приближается к значению 0,3(3). Это дает основание для практического еыеодз о том, что при использовании продольных канавок их глубина не должна превышать у , т.е. 30% физической толщины пограничного слоя в предотрнвиой зоне.

Приведенные соображения показывают, что при целенаправленном воздействии на пограничный слой необходимо иметь возможность достаточно просто оценивать его физическую и интегральные толщины. В этой сеязи была разработана интегральная ■ методика расчета пограничного слоя для произвольных каналов, не требушая введения экспериментальных корректирующих коэффициентов.- Получена формула для расчета относительной площади вытеснения

Четвертая глава содержат результаты экспериментального исследования эффективности применения профильных поверхностей в диффузорах и сопловых лопатках.

Было выполнено экспериментальное исследование структуры потока в канале . На рис.! п,й иродстаздеяи результаты йпмероная пол®!! скоростей с выходных сечениях диффузора со степень» расширен;:;-; п-2,7, что соответствует предотрииюиу режиму т-»ч*ния. В рпрультат* деформации профилч 'скорости в погр'шкчньм ел'*} под действием положительного градиента гэьленкя для гладкого кэлаяч (расЛ а) поло скоростей йм*от постютричпив рид. происходят резкий рост толккш; пограничного слоя т одной етл«<ж кпва«. Линии постоиппЯ скорости г«>яко уук.т.'Нямтся от пг-;;пт~НмЧ№"" .•.■л;:: к ялру погог-са. Ллл канала о

В

¿г

(3)

профильными стенками (рис.1 0)

а - с гладкими стенками,; ^ - с продольными прямоугольными канавками. Рис. I. Поля скоростей в выходном сечении каналов

перестройка течения происходит по всему периметру обтекаемой поверхности. Тзкже нарушается

симметричный характер

течения , но максимальные изменения происходят не в центре канала, а локализуются в одном из углов. При дальнейшем увеличении степени

расширения именно в этой области образуется отрывная зона. При движении жидкости вдоль профильной поверхности наблюдается достаточно сложная картина. Профиль единичной канавки показан на рис. 2. Там же приведены зависимости относительной скорости К=

Рис.Поле скоростей и канавке

скоростей по всему периметру в

К/К

(К - максимальная

тд

скорость в рассматриваемом сечении) внутри канавки и в основном потоке. Поток, текущий над канавками на уровне Еыступов, имеет скорость существенно более высокую (1=0,5-0,8), чем поток над поверхностью выступа (Х=0). Разрыв скоростей приводит к вихреобразованию на

поверхности раздела.

Образование вихрей

ускоряет поток над выступами, и, как следствие, изменяет поле пристеночной зоне обтекаемой

поверхности. По существу, канавки являются добзг;сч;г;м генератором турбулентности, обеспечивающим псвищеший перенос

количества движения п па-правлении стенск канала. Исследования диЗДузоров с канавками показали, что ве личика коэффициент?)

полых потерь в них зависит от направления изменения скорости.

Изменение ■ потерь,

наблюдаемое при уменьпении и увеличении скорости, образует характерную петлю гистерезиса (рис.3),

наглядно показывающую, ремиз течения при

с.

0,7 0,6

0,5 0,4

V

0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 Хг

Рис.3. Зависимость коэффициента полных потерь плоского ди^узора с углом раскры-. тия оС = 40° от скорости в горле

что для сохранения безотрывного увеличении восстановления давления в канале требуется меньше затрат г-нергпи, чем для л'.тквидацик отрывного режима течения. ПсЕыщенке скорости Х„ от 0,3 до 0,57 в канале с углом раскрытия вызывало резкое отдание потерь (до 25"), которое не било зафиксировано в канале с гладкими стенкамй. Исходного уровня (?п=0,7) потери достигают только при снижении скорости \г до значения 0,27.

2 3 4

• - гладкие кгчалы;

е - каналы с канавками а-в-< = ( 2-б>4 )мм. Рис.4. Зависимость коэффициентов полных потерь от степени расширения при фиксированных углах раскрытия

;!■■) рис. 4 представлены результаты исследования серии ЯйфСугоров при фиксированных -углах и переменных степенях раецироннд. Из графиков видно, что существует минимальное значзние степени расширения п для фиксированного углз а, при котором фиксируется эффект от применения канавок, причем п растет с увеличением углз раскрытия. Так для а.=15° п , =3, для

- mtn

а=3Cr п , =3,5 и для ,a=4Cr п , =5.

771 t Г. 771 I Г.

• Ks р;:с.5 представлены графики зависимостей потерь в ди4фузор._.х с канавками и гладкими поверхностями от

относительной. ширины

канала- ß=ß/h , где В-ши-рина канала, h-горло канала. Из приведенных графиков видно,. что для гладких безотрывных

диффузоров и для

диффузоров с ■ развивающимся отрывом существует оптимальное значение B/h, которому соответствует минимальное значение

потерь. Использование

продо;..лшх кзнзеок

существенно меняет картину течения. Здесь при малых 5/7i потери близки к потерям в гладких каналах, а при увеличении B/h они остаются практически постоянными. Выполнение канавок делает канал малочувствительным к изменению относительной ширины канала.

Исследования по влиянию продольных канавок на потери в решетках, работающих на околозвуковых и сверхзвуковых скоростях, проводились на сопловой решетке профилей C90-I2A

с относительной высотой 1=1/Ъ=0,6, хордой 40 мм и относительным

шагом t-t/b=^0,75.

На рис.6 представлены зависимости относительных профильных потерь ' p"=C,.''i. где Cj,- профильные потери в решетке профилей с квнавкпми, (.-профклыше п?тери в гладкой реаетке. Как показали

7° —7 У

Л.

^ 15°

• - гладкие каналы о - каналы с канавками

2. 4 6 В/h

Рис.5. Зависимость коэффициента полных потерь от ширины канала

исследования,' наиболее эффективным!: сказались канавки ? млплрЯ глубиной 0,8 мм в широком диапазоне ;:г:,:ен?1г.:л '":сел :/,:аг 0,3-1,15. При М = 0,65-0,9■? отнссителпгке пстэг;: уменьшились нэ 15-23% (кривая I).

С*

1.2

1Д 1,0

0,9

0,8 0,7

Поо.;иль СЭ012А 2-а*в.4 ■=( 1,2*1,0*4,0»."!' . ^ ( \

СГ=" / \ N.

/ /

\ У у'

о.

:?е 10'

10

8 б 4

г

.-О

0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 'Ли Рис.б. Влияние изменения глубина канавки на относительные профильные потери з зависимости от числа Маха Исследования влияния ширины канавки на относительные профильные потери в зависимости от скорости проводились на трех группах плоских решеток: гладкая решетка; решетка с канавками пхЬ-л1 - 1,2x1,0x4,0; решетка с канавками = 2,5x1 0.

Результаты эксперимента представлены но рис.7.

пр

1,6

1.4 1,2 1.0

0,8

0,6

Профиль СЭ012Л 1 - а-в-Ь =11,2*1,0-4,0)мм 2 - а.в.6 =(2,о»1,0-4,0)ми К

/ / 4 N.

/ /

Ч ---- У / 'V

___ _ -к

Рис.7. Влияние изменения ширины канавки на относительные, профильные потери в зависимости от числа Маха

Видно, что широкие канавки -2,5 мм- в косом срезе решетки не эффективны. Профильные потери в решетках с такими канавками во всем исследованном диапазоне чисел Маха оказались Еыше, чем в решетках с гладкими профилями. Уменьшение ширины канавки с 2,5 мм до 1,2 мм снизило относительные профильные потери в исследуемом диапазоне чисел Маха 0,3-1,15. Для чисел Маха 0,6-0,9 по сравнению с решеткой гладких профилей произошло снижение потерь на 5-10%. Таким образом, имеется тенденция к снижению профильных потерь в решетках при уменьшении ширины канавок, что необходимо учитывать при выборе геометрических характеристик канавок для исследуемой решетки профилей.

Как показали проведенные исследования, оптимальными с точки зрения снижения профильных потерь в сопловой решетке являются канавки глубиной 0,4-0,7 мм и шириной 0,5-0,8 мм.

На рис.8

¿TV

1,0

0,9 0,8

0,7 0,6

0,5

Профиль СЭ012А

V

\

\ \

а \

d с --

а li. t- (0,5»0,5«1,5)мм

представлены результаты исследования решетки

профилей с канавками размерами а х Ь х I = 0,5x0,5x1,5. При изменении чисел Маха от 0,66 до 0,8 имеет место некоторое снижение относительных потерь, величина которых затем при Ы>0,в кризисным образом уменьшается почти на 40% относительных. Этот результат имеет важное' практическое значение, т.к.

0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 Mit показывает возможность

создания высоко-

экономичных решеток

для трансзвуковой области

Рис.6. Относительное изменение профильных потерь в сопловой решетке от числа М течения, где при гладких профилях почти всегда имеет место достаточно заметное увеличение потерь, обусловленное отрывом потока со спинки профиля при появлении здесь локальных сверхзвуковых зон.

Экспериментально исследован профиль решетки С55-15А с

большой кривизной на спинке с относительной'высотой лопатки

1=0,74 и хордой 39 мм. ' На рис. 9 представлены полные и профильные потери в решетках с канавками и без них в зависимости от А.,,.

Нанесение на спинке профилей в области косого среза продольно обтекаемых канавок снизило как профильные, так и концевые потери в решетке во всем

исследованном диапазоне скоростей. Снижение полных потерь составило 1-2%.

Проводился эксперимент по исследованию

применения профильных

поверхностей на входных кромках сопловых решеток. Область входных кромок является областью, где возможен отрыв потока не ' • только при нерасчетных углах нйтекэния потока, но и на расчетных режимах. Предлагается изменить условия натекания потока на входные кромки обычных профилей путем выполнения на входных кромках равномерно по высоте лопатки канавок прямоугольного и треугольного сечения. В результате этого мероприятия торможение потока, его перестройка происходят в существенно других условиях, с явным ослаблением интегральной интенсивности торможения, дробления подковообразных вихрей, и снижается вероятность отрыва потока с входных кромок.

Испытания рассматриваемых решеток__на нерасчетных углах входа потока в решетку (рис.Ю) показали, что выполнение прямоугольных канавок не дало ощутимого результата по сравнению с исходным вариантом, а треугольные канавки несколько расширили диапазон устойчивой работы решетки. Канавки треугольного сечения при нерасчетных углах натекания потокз препятствуют отрыву потока на входной кромке и также локализуют подковообразные вихри в пристеночной (угловой) зоне пакета.

I ь

%

6

5

4 3

2

I

О

0,3 0,4 0,5 0,ь 0,7 Л|* Рис.9 . Влияние канавки на полные и профильные потер-,' в решетке профилей С551оА

Ч д- без канавок о - с канавками

N к

\ N к"

с

1 '

! I

I 1 ■ 1

Cnp

7

6 5 4 3

20 40 60 60 100 120 С<о.град

1 - о - гладкий профиль COOIóAj

2 - о - профиль с канавками прямоугольной формы;

3 - Х - npoijvub с книаьками треугольной формы. Рис.10. Зависимость профильных потерь в решетке от угла

входа потока

Проведенная ■ визуализация качественно подтвердила ысказанные соображения.

Та^сим образом, исследование эффективности канавок на входной кромке профилей сопловых решеток показало перспективность их использования в проточных частях турбомашин. Однако для разработки конкретных практических рекомендаций необходимы дальнейшие исследования.

' ВЫВОДЫ

1. Рассмотрена новая физическая модель возникновения отрыва потока в диффузорных каналах, согласно которой непосредственно у стенки на расстоянии, не превышающем ЗОХ толщины погрзничного слоя, располагается область, где силы трения способствуют движению жидкости против нарастающего давлг.тя.

2. На основании физической картины течения в диффузорных областях и анализа сил, действующих на жидкость в пределах пограничного слоя, показана целесообразность замены гладких поверхностей профильны™ поверхностями с- продольными прямоугольными канавками.

3. Проведенные детальные исследования структуры потока в зоне действия продольных канавок показали, что поток, двигающийся в канавках, эффективно ускоряет поток над выступом и сохраняет высокую стабильность течения в диффузорных областях. Внутри канавок при положительном градиенте давления отмечается высокая степень турбулентности, достигающая 11%, в то время как над выступами она не превышает 6%.

4. Теоретически решена задача о движении вязкой жидкости между двумя бесконечно длинными профильными поверхностями, где показана степень влияния продольных канЬвок на характер изменения скоростей, и оценена зона действия этих канавок.

5. Теоретически обосновано и экспериментально показано, что максимальная глубина продольных канавок не должна превышать:' 305 физической толщины пограничного слоя, и отсюда сделан вывод о необходимости выполнения вдоль поверхности канавки переменной глубины.

6. Разработан инженерный метод расчета пограничного слоя для произвольных каналов, не требующий' введения экспериментальных корректирупцих коэффициентов. Сопоставление" расчетных и опытных величин, проведенное^ для широкой серии конических диффузоров, а также сопоставление с • известными методами показало хоровую сходимость результатов.

7. Экспериментальные исследования подтвердили целесообразность выполнения продольных канавок не только в высоконагружешшх диффузорах, но и на спинке сопловых профилей в области косого среза. Указанные', поверхности позволяют существенно расширить диапазон рабочих скоростей и для

¿ссы.^шх пргфтгй перейти' в область сверхзвуковых перепадов аЗЫйниЯ увеличения коэффициента потерь энергии.

3. Экспериментальная проверка решеток профилей с треугольными прорезями на еходных кромках показала перспективность их использования для уменьшения концеЕых потерь.

Э. Известно, что факты применения методов управления пограничным слоем в решетках турбомашин ц'осят единичный характер. Это объясняется тем, что традиционные, хорошо апробированные методы, такие как вдув, отсос пограничного слоя, достаточно, сложно реализовать в проточной части турбомашин. Поэтому, на наш взгляд, более приемлемым с точки зрения технологии изготовления является применение профильных обтекаемых поверхностей в области косого среза турбинных решеток, а также использование фигурных входных кромок профилей.

Основные результаты диссертации опубликованы в работах:

• . I. Применение профильных поверхностей для снижения потерь энергии' при течении с положительным градиентом даЕЛения/А.Е.Ззрянкин, В.Г.Грибин, •■ А.Н.Парамонов-,

A.А.Пиндрус.// Кзв.вузов. 'Энергетика.-1938.- N4.-0.73-77.

2. Повышение эффективности элементов проточных частей турбоустановок путем применения профильных поверхностей/А.А.Пиндрус// Тез.докл./ ИТФ СО АН / Новосибирск -'1989.-с.203-204. •

3. Выхлопной патрубок Нарево'И турбины й профилированными поверхностями /Г.Г.Шкловер, А.А.Пиндрус// Тез.докл./ УШ /

.'Свердловск - Г939.-с. 14-15.

4. Об эффективности тангенциального вдува в диффузорах/

B.Г.Гри'и.., А.Н.Парамонов, А.А.Пиндрус/,' Сб.науч.тр. /Моск. энерг.1ш-т.Г992.

ПпЛиИСПНй к Г1СЧЛТМ П.ч. V