Вопрос№9
2. Газодинамические характеристики.
Газодинамические характеристики необходимы для теплового расчета турбинных ступеней. Их значения можно оценить теоретически, но чаще они определяются экспериментально.
К основным газодинамическим характеристикам относят:
1.) коэффициент потерь энергии,
2.) коэффициенты скорости,
3.) коэффициенты расхода,
4.) угол выхода потока из решетки.
Коэффициентом потерь энергии решетки называют отношение потерь энергии в потоке к располагаемой энергии потока в решетке.
Рис.9
Потери энергии в соплах: Потери энергии в рабочей решетке:
Эти потери представляют собой затраты механической энергии потока на преодоление сил трения и других сопротивлений в решетке. Эта энергия, в свою очередь, превращается в теплоту и вновь возвращается в поток при низком тепловом потенциале, повышая энтальпию h и энтропию s потока на выходе из решетки.
Располагаемая энергия решетки определяется как разность энтальпии полного торможения перед решеткой и энтальпии в потоке за решеткой при изоэнтропном течении:
;
.
Таким образом, коэффициенты потерь энергии запишутся:
для сопловой решетки: для рабочей решетки:
;
.
Коэффициенты скорости сопловой φ и рабочей ψ решетки – это отношение действительной скорости потока к теоретическому значению скорости:
для сопловой решетки: для рабочей решетки:
;
;
;
.
Тогда:
Коэффициентом расхода решетки называется отношение действительного расхода через решетку к теоретическому расходу массы рабочего тела через ту же решетку:
.
Теоретический расход для суживающихся дозвуковых решеток можно определить из уравнения неразрывности по формуле:
Для сопловой решетки:
,
где F1 = l1·O1·z1 ,
z1 – число сопловых каналов в решетке;
c1t ; v1t – теоретическая скорость и удельный объем на выходе из сопловой решетки.
Для рабочей решетки:
,
где F2 = l2·O2·z2 ,
z2 – число каналов (лопаток) в решетке;
w2t ; v2t – теоретическая скорость и удельный объем на выходе из рабочей решетки.
Действительный расход рабочего тела через решетку отличается от теоретического из-за неравномерности поля скоростей в выходном сечении решетки. Эта неравномерность вызвана наличием пограничных слоев на поверхностях лопаток, а также неравномерным полем давлений в выходном сечении канала – давление на выпуклой стороне (спинке) лопатки меньше давления на вогнутой поверхности.
При сверхзвуковых скоростях на выходе из суживающихся решеток теоретический расход вычисляется через критические параметры:
;
.
Для решеток с расширяющимися каналами вместо площади выходных сечений F1 и F2 подставляют площадь минимальных сечений Fmin:
;
.
Δβ = 180˚ - (β1 + β2) ≤ 105˚
Δβ ≤ 130˚
≤ 145˚
Рис.10
Углом выхода потока из решетки α1 и β2 называется среднее значение углов направления векторов действительных скоростей за решеткой. Осреднение производят по шагу t и высоте l с помощью уравнения количества движения. Принято для современных решеток при дозвуковых скоростях за действительный угол выхода принимать значение эффективного угла выхода:
3. Режимные параметры потока.
К режимным параметрам относятся:
угол входа потока в решетку: α0, β1;
числа Маха и Рейнольдса: M, Re;
степень турбулентности потока: ε;
степень влажности потока: у0.