Процессы в турбинных решетках: профильные и концевые потери

1) Профильные потери: а) трения в пограничном слое; б) вихревые потери при отрывах потока на профиле (если эти отрывы имеют место); в) вихревые потери за выходной кромкой (кромочные потери); г) потери в скачках уплотнения – волновые потери, возникающие при околокритических и сверхкритических скоростях.

2) Концевые потери, связанные с конечной высотой сопловых каналов и возникающие у торцевых стенок. а) потери трения в пограничном слое у торцевых стенок канала (стенок, ограничивающих канал по высоте); б) потери вследствие вторичных токов, имеющих место на верхней и нижней торцевых стенках канала.

Потери трения в пограничном слое зависят в первую очередь от характера пограничного слоя – ламинарного или турбулентного, в котором скорость меняется от 0 до максимума, и где имеет место внутреннее трение. . , здесь  – кинематическая вязкость,  – скорость потока на выходе из канала,  – хорда профиля. Практически, оптимальное значение числа Рейнольдса .

Вихревые потери при отрывах потока на профиле . Данные потери в сопловых аппаратах возникают редко; определить их величину в этом случае можно только экспериментом для конкретных условий.

Вихревые потери за выходной кромкой – затраты кинетической энергии на поддержание вихревого движения за выходной кромкой и на перемешивание вихревого следа с ядром потока. Коэффициент кромочных потерь  (формула Флюгеля). .  – ширина канала в выходном сечении.

Потери в скачках уплотнения . При дозвуковом течении в канале возможно образование местных зон сверхзвуковых скоростей, возникающих в районе наибольших скоростей на выпуклой стороне профиля. Эта местная зона затем размывается и переходит в дозвуковую зону. Такой переход, вызванный появлением скачка уплотнения, сопровождается потерей энергии. Общая оценка профильных потерь – через коэффициент .

Величина  может быть определена, если рассчитатьпо эмпирическим, а в ряде случаев и теоретическим формулам отдельные коэффициенты потерь. Для стандартных профилей данные по сведены в специальные графики, собранные в атласы профилей, по которым, в зависимости от конкретных условий и может быть найдено числовое значение . Практически .

Потери трения в пограничном слое у торцевых стенок канала. Они определяются в основном характером пограничного слоя и шероховатостью стенок.

Потери вследствие вторичных токов(от парного вихря). Причины появления вторичных токов – поворот струи в канале и наличие разности давлений у его стенок (рис. 10). Давление потока в точке  больше, чем в точке , поэтому в пограничном слое на торцевых стенках появляется течение от  к . В результате взаимодействия с основным потоком образуется парный вихрь – у торцевых стенок канала. Абсолютная величина потерь, связанных с образованием парного вихря, не зависит от высоты канала; поэтому относительное значение этих потерь возрастает с уменьшением высоты сопловых каналов. Оценка обеих составляющих концевых потерь производится единым коэффициентом . Практически . Полный коэффициент потери энергии в сопловой решетке равен сумме коэффициентов профильных и концевых потерь: . Соответственно, для сопловых решеток, составленных из стандартных профилей с хорошо обработанными поверхностями  меньшее значение – для сопловых каналов очень малой высоты.