|
39 [16, 35], что увеличивает действительную поверхность трения. Необходимо иметь ввиду, что благодаря интенсивному скоплению слоя на выпуклой поверхности внешнего обвода, отрыв, обнаруживаемый после поворота, оказывается значительно более развитым, чем в случае обычного криволинейного канала. Из теории турбулентного пограничного слоя известно, что причиной отрыва является повышения давления в пограничном слое, то есть наличие продольного положительного градиента давления. Как было рассмотрено выше, положительный градиент давления возникает вследствие диффузорности канала. Однако, при изменении кривизны образующей, за счет действия центробежной силы кроме поперечного возникает и продольный градиент давления, обусловленный наличием изменения кривизны. На рис.1.20 представлена схема отрывного течения в переходнике, обусловленного наличием изменения кривизны его образующих. Увеличение алгебраического значения кривизны стенки (переход к вогнутости) вызывает повышение давления в близи образующей, что стимулирует возникновение отрыва. На противоположной образующей, напротив, за счет уменьшения алгебраического значения кривизны (переход к выпуклости) давление уменьшается, что в какой то мере компенсирует повышение давления за счет наличия диффузорности. Проблема отрыва потока столь же стара, как и теория пограничного слоя. Еще до разработки теории пограничного слоя Людвиг Прандтль (РгапсМ Ь.) [36, 37] установил, что необходимым условием отрыва потока от стенки является возрастание давления в направлении течения, то есть поло\ 6Р л жительныи градиент давления в направлении течения — >0 бх ) Это утверждение справедливо как для течения сжимаемой, так и несжимаемой среды. Следовательно, в общем случае отрыв потока происходит под действием положительного продольного или градиента давления, обусловленного либо диффузорностью, либо кривизной стенки и под влиянием |
32 находящиеся вблизи дна канала, движутся по направлению к выпуклому берегу, а частицы вблизи поверхности — к вогнутому. » В криволинейном кольцевом диффузорном канале имеет место более сложная структура вторичных течений. Здесь системы двух вихрей * распадаются и образуется несколько вихревых областей, равномерно % расположенных по окружности. Во вторичных течениях участвует пограничный слой как на внешнем, так и на внутреннем обводах. Под влиянием поперечного градиента давления происходит стекание слоя в нескольких точках внутренней поверхности и его увлечение в зоны 4 компенсирующих течений. Увеличение потерь в кольцевых криволинейных каналах объясняется также возрастанием поверхности трения в пограничном слое на внутреннем обводе. Кроме того, следует учитывать, что движение * слоя происходит по винтовым линиям тока /5,7/, что увеличивает действительную поверхность трения. Необходимо иметь ввиду что благодаря интенсивному скоплению слоя на выпуклой поверхности внешнего обвода, отрыв, обнаруживаемый после поворота, оказывается * значительно более развитым, чем в случае обычного криволинейного канала. * Серьезной и практически малоизученной проблемой является воздействие на поток изменения кривизны в местах сопряжениящ межтурбинного переходника с другими элементами проточной части, а также в точке перегиба его образующей. На практике образующие элементов проточной части двигателя и в частности межтурбинных переходников чаще всего выполнены в виде сопряженных между собой дуг окружностей и отрезков прямых. Такое профилирование характеризуется скачкообразным изменением кривизны в местах сопряжения. Из теории турбулентного пограничного слоя известно, что причиной отрыва является повышения давления в пограничном слое то есть наличие продольного положительного градиента давления. Как было рассмотрено выше, положительный градиент 4 33 давления возникает вследствие диффузорности канала. Однако, при изменении кривизны образующей, за счет действия центробежной силы кроме поперечного возникает и продольный градиент давления, наличием представлена схема отрывного течения в переходнике, обусловленного наличием 1 изменения кривизны его образующих. Увеличение алгебраического значения кривизны стенки (переход к вогнутости) вызывает повышение давления в близи образующей, что стимулирует возникновение отрыва. На противоположной образующей, напротив, за счет уменьшения алгебраического значения кривизны (переход к выпуклости) давление уменьшается, что в какой то мере компенсирует повышение давления за счет наличия диффузорности. Таким образом, можно предположить, что переход от прямолинейного участка к криволинейному с плавным изменением кривизны при рациональном распределении площадей проходного сечения канала может предотвратить отрыв, возникающий вследствие скачкообразного изменения кривизны, и уменьшить вероятность отрыва, из-Ф за диффузорности. Условию плавного измененияI сопряжения и в точек перегиба отвечает лемниската Бернулли. Более подробно особенности лемнискатного профилирования рассмотрены во второй главе Проблема отрыва потока столь же стара, как и теория пограничного слоя. Еще до разработки теории пограничного слоя Людвиг Прандтль (РгапсШ Ь.) /8,9/ установил, что необходимым условием отрыва потока от стенки является возрастание давления в направлении течения, то есть г положительный градиент давления в направлении течения ар бх л >0 У 34 Отрывное течение в межтурбинном переходнике ГТД Это утверждение справедливо как для течения сжимаемой, так и несжимаемой среды. Следовательно, в общем случае отрыв потока происходит под действием положительного продольного или градиента * давления, обусловленного либо диффузорностью, либо кривизной стенки и под влиянием турбулентных или ламинарных вязких явлений. В отсутствие одного из этих факторов поток не отрывается. * Отрыв пограничного слоя от поверхности обтекаемого тела (рис. 1.16) ч приводит к повышенными энергетическими потерями в потоке. Поэтому необходимо стремиться к смещению точки отрыва Э по направлению к выходному сечению канала. Положение точки отрыва в диффузорном канале определяется величиной положительного градиента давления бР/бх и профилем скорости в пограничном слое перед точкой отрыва. Любое увеличение бР/бх при неизменном профиле скорости приводит к смещению точки отрыва против потока. * е |