Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Метод аэродинамической оптимизации ступенчатой выходной кромки охлаждаемых лопаток газовых турбин Тихомирова Надежда Владимировна

Метод аэродинамической оптимизации ступенчатой выходной кромки охлаждаемых лопаток газовых турбин
<
Метод аэродинамической оптимизации ступенчатой выходной кромки охлаждаемых лопаток газовых турбин Метод аэродинамической оптимизации ступенчатой выходной кромки охлаждаемых лопаток газовых турбин Метод аэродинамической оптимизации ступенчатой выходной кромки охлаждаемых лопаток газовых турбин Метод аэродинамической оптимизации ступенчатой выходной кромки охлаждаемых лопаток газовых турбин Метод аэродинамической оптимизации ступенчатой выходной кромки охлаждаемых лопаток газовых турбин Метод аэродинамической оптимизации ступенчатой выходной кромки охлаждаемых лопаток газовых турбин Метод аэродинамической оптимизации ступенчатой выходной кромки охлаждаемых лопаток газовых турбин Метод аэродинамической оптимизации ступенчатой выходной кромки охлаждаемых лопаток газовых турбин Метод аэродинамической оптимизации ступенчатой выходной кромки охлаждаемых лопаток газовых турбин
>

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Тихомирова Надежда Владимировна. Метод аэродинамической оптимизации ступенчатой выходной кромки охлаждаемых лопаток газовых турбин : Дис. ... канд. техн. наук : 05.07.05 Рыбинск, 2005 115 с. РГБ ОД, 61:06-5/282

Содержание к диссертации

Введение

1 Анализ состояния проблемы. постановка задачи 13

1.1 Особенности течения при обтекании уступа. Ступенчатый диффузор 13

1.2 Использование ступенчатой выходной кромки в охлаждаемых турбинных лопатках 18

1.2.1 Влияние формы профиля и места расположения щелей на коэффициент скорости решетки 20

1.2.2 Оценка дополнительных потерь при выпуске воздуха на корытце 22

1.2.3 Влияние кромочного разрежения на потери в решетке 29

1.2.4 Влияние выдува охладителя в проточную часть на интенсивность вторичных течений в решетке 35

1.2.5 Завесный эффект и тепловое состояние выходной кромки 38

1.3 Выводы по главе 42

2 Теоретический анализ течения с внезапным расширением применительно к ступенчатой выходной кромке с вдувом 44

2.1 Одноступенчатая кромка 44

2.2 Двухступенчатая кромка 49

2.3 Выводы по главе 57

3 Экспериментальное исследование течения с внезапным расширением применительно к турбинной решетке профилей со ступенчатой выходной кромкой при наличии выдува охладителя 58

3.1 Экспериментальное исследование модели ступенчатой выходной кромки с выдувом 58

3.1.1 Описание экспериментальной установки 58

3.1.2 Методика проведения и обработки результатов эксперимента , 64

3.1.3 Погрешности при проведении эксперимента 69

3.1.4 Результаты экспериментального исследования модели .70

3.2 Экспериментальное исследование аэродинамической эффективности турбинных решеток со ступенчатой выходной кромкой при наличии вдува 74

3.2.1 Описание экспериментальной установки 74

3.2.2 Результаты экспериментального исследования сопловой решетки 81

3.3 Экспериментально-теоретическое определение влияния разрежения в области среза обратного выступа на потери энергии при внезапном расширении 82

3.4 Выводы по главе 92

4 Дополнительное исследование аэродинамических свойств решеток со ступенчатой выходной кромкой 93

4.1 Исследование особенностей вторичных течений в решетке со ступенчатой выходной кромкой при вдуве 93

4.2 Расчетный анализ эффективности охлаждения ступенчатой выходной кромки сопловой лопатки 96

4.3 Выводы по главе 102

Заключение 103

Список использованных источников

Введение к работе

Повышение эффективности турбинных решеток остается актуальной задачей при создании газотурбинных двигателей, являясь одним из способов достижения высокого уровня коэффициента полезного действия и низкого удельного расхода топлива.

Значительную часть потерь в охлаждаемых решетках современных турбин составляют кромочные потери.

Работа содержит результаты экспериментальных и теоретических исследований течения вблизи ступенчатой выходной кромки охлаждаемой турбинной лопатки. На их основе разработана методика определения геометрических размеров ступенчатой выходной кромки, обеспечивающих минимальный уровень потерь на внезапное расширение.

Полученные данные могут быть использованы при проектировании лопаточных венцов охлаждаемых газовых турбин и расчете потерь на лопатках. Выполнение выходной кромки с оптимальными с аэродинамической точки зрения геометрическими размерами позволит понизить потери в решетках и повысить коэффициент полезного действия турбины.

Актуальность темы. По мере совершенствования газотурбинной техники возможности дальнейшего повышения коэффициента полезного действия турбины сужаются. Поэтому в указанных целях приходится использовать практически любые мероприятия, обещающие получение положительного эффекта даже в весьма ограниченном масштабе. Такого рода мероприятием является применение ступенчатой выходной кромки турбинных лопаток, что обеспечивает снижение кромочных потерь в турбинной решетке за счет уменьшения диссипации энергии в процессе внезапного расширения потока, имеющей место при обтекании выходной кромки.

Проблема оптимизации геометрических размеров ступенчатой выходной кромки лопаток является актуальной, а результаты исследований в этой области могут быть использованы при проектировании охлаждаемых лопаток турбин.

Цель работы. Разработка метода аэродинамической оптимизации ступенчатой выходной кромки охлаждаемых лопаток газовых турбин с целью повышения эффективности решетки на основе теоретического и экспериментального исследования течения с внезапным расширением с выдувом охладителя.

Задачи работы.

Провести теоретический анализ течения с внезапным расширением применительно к ступенчатой выходной кромке с выдувом.

Провести экспериментальное исследование течения с внезапным расширением с выдувом охлаждающего воздуха применительно к ступенчатой выходной кромке турбинной лопатки.

Провести методическое обобщение результатов экспериментально-теоретических исследований для инженерных расчетов при проектировании турбинных лопаток со ступенчатой выходной кромкой.

Научная новизна работы:

Исследовано внезапное двухступенчатое расширение применительно к ступенчатой выходной кромке охлаждаемой турбинной лопатки.

На основе экспериментальных данных получено полуэмпирическое выражение для определения оптимального с точки зрения потерь расстояния между ступенями в системе внезапного двухступенчатого расширения при наличии выдува охладителя.

Получены экспериментальные данные о влиянии выдува в ступенчатую выходную кромку на вторичные течения в решетке.

Разработана методика определения оптимальных геометрических размеров ступенчатой выходной кромки турбинной лопатки с выдувом охладителя.

Автор защищает: .- результаты экспериментального исследования течения с внезапным расширением применительно к турбинной решетке со ступенчатой выходной кромкой при наличии выдува; результаты экспериментально-теоретического определения влияния разряжения в области среза обратного выступа на потери энергии при внезапном расширении; результаты исследования влияния выдува на вторичные течения в решетке со ступенчатой выходной кромкой; расчетный метод определения потерь на ступенчатой выходной кромке турбинной лопатки с выдувом охладителя.

Практическая ценность и реализация работы. Результаты работы внедрены в виде методики определения потерь на ступенчатой выходной кромке охлаждаемой турбинной лопатки в ОАО «НПО «Сатурн». Методика может быть использована при проектировании охлаждаемых турбинных лопаток и оценке потерь в решетках.

Достоверность научных результатов определяется: корректным использованием основных уравнений механики жидкости и газа; использованием стандартных методов проведения экспериментов; хорошим совпадением экспериментальных данных с результатами расчета.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались: на Международной молодежной научной конференции «XXIX Гагаринские чтения» (г. Москва, 2003 г.); XIV Школе-семинаре молодых ученых и специалистов под руководством академика РАН А. И. Леонтьева (г. Рыбинск, 2003 г.);

Международной молодежной научной конференции «XXX Гагаринские чтения» (г. Москва, 2004 г.); VI Всероссийской научно-технической конференции «Теплофизика процессов горения и охрана окружающей среды» (г. Рыбинск, 2004 г.);

Всероссийской научно-технической конференции «Теплофизика технологических процессов» (г. Рыбинск, 2005 г.); XV Школе-семинаре молодых ученых и специалистов под руководством академика РАН А. И. Леонтьева (г. Калуга, 2005 г.).

Личный вклад автора: теоретический анализ течения с внезапным расширением применительно к ступенчатой выходной кромке с выдувом; получение экспериментальных данных и их обработка; анализ полученных результатов; получение полуэмпирического выражения для определения оптимального расстояния между ступенями в системе внезапного двухступенчатого расширения при наличии выдува охладителя; расчетный анализ особенностей двухступенчатого внезапного расширения в решетке.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ, в том числе 3 статьи и 6 тезисов докладов.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников (83 наименования), приложения. Работа содержит 115 страниц, 11 таблиц, 58 рисунков.

В первой главе представлен обзор научной литературы по теме диссертации, а также определены цели и задачи исследования. Показано состояние проблемы в настоящее время.

Описывается аэродинамика каналов с внезапным расширением. Приводятся исследования течения в ступенчатых диффузорах, проведенные различными авторами.

Отражены особенности использования ступенчатой выходной кромки в охлаждаемых турбинных лопатках.

Показано, что при обтекании выходных кромок турбинных лопаток реализуется течение с внезапным расширением.

Во второй главе представлен теоретический анализ течения с внезапным расширением применительно к ступенчатой выходной кромке турбинной лопатки с выдувом охладителя. Доказано, что для снижения потерь на внезапное расширение целесообразно зону смешения выполнять в виде ниши за уступом. Теоретически определяется оптимальное значение глубины уступа первой ступени в системе двухступенчатого внезапного расширения.

Получено выражение для определения коэффициента потерь в долях от скоростного напора в горле решетки.

Делается вывод, что при расчете суммарных потерь на внезапное расширение с выдувом применимы принципы суперпозиции: первое слагаемое соответствует чистому внезапному расширению, т. е. расширению в отсутствие вдува, второе - дополнительные потери, обусловленные вдувом, которые обращаются в нуль при -G — 0.

В третьей главе приводятся результаты экспериментального исследования течения с внезапным расширением, проведенного на модели ступенчатой выходной кромки и на решетке профилей при наличии вдува. Описаны экспериментальные установки и методика проведения и обработки результатов эксперимента.

На основе экспериментальных данных получена эмпирическая формула для определения оптимального расстояния между ступенями двухступенчатого внезапного расширения с вдувом.

Представлены результаты экспериментального исследования разрежения в области среза обратного выступа, проведенного на модели ступенчатой выходной кромки. Оценивается степень влияния коэффициента кромочного разрежения на суммарные потери при обтекании ступенчатой выходной кромки турбинной лопатки.

Проведена оценка повышения эффективности решетки расчетным путем. Показано, что результаты расчета удовлетворительно согласуются с полученными экспериментальными данными.

12 В четвертой главе приведены результаты дополнительного эксперименталы-юго исследования аэродинамических свойств турбинных решеток со ступенчатой выходной кромкой.

Приводятся результаты экспериментального исследования влияния выдува охладителя через щель в уступе на корыте вблизи выходной кромки лопатки на интенсивность вторичных течений в решетке. Показано, что выдув охлаждающего воздуха, реализуемый таким способом, с относительным расходом не более 0,8 % оказывает влияние на интенсивность вторичных течений в канале.

Представлен расчетный анализ эффективности охлаждения ступенчатой выходной кромки сопловой лопатки. Показан характер изменения температуры торца выходной кромки в зависимости от ее длины.

Обнаружено, что, поскольку оптимальная с точки зрения потерь выходная кромка оказывается достаточно короткой, достигается более низкий уровень температуры на ее торце. Делается вывод о том, что переход к оптимальной геометрии ступенчатой выходной кромки будет выгодным и для обеспечения ее лучшего охлаждения.

В заключении приводятся выводы по диссертационной работе.

В приложении приведен акт внедрения результатов диссертационной работы в «ОАО НПО «Сатурн» г. Рыбинск.

Особенности течения при обтекании уступа. Ступенчатый диффузор

Схема течения жидкости в ступенчатом канале представлена на рисунке 2. Струя отрывается от стенок канала и у торца возникает застойная область. Течение в области внезапного расширения сопровождается интенсивным вихреобразованием, вызывающим большие гидравлические потери.

Оптимизация ступенчатых диффузоров с точки зрения потерь представлена в работах [23, 42], где рассматривается схема течения несжимаемой жидкости в многоступенчатом канале с произвольным числом ступеней без учета потерь на трение о стенки канала.

При заданном отношении площадей входного и выходного сечений суммарные потери на удар в диффузоре, вызванные внезапным расширением струй, с увеличением числа ступеней уменьшаются.

Оптимальный ступенчатый диффузор, позволяющий получить максимальное повышение статического давления AFSmax, будет обладать минимальными гидравлическими потерями [23].

Согласно формуле Борда-Карно для потерь полного давления потока в і-ой ступени системы расширения имеем 3=1 О) где p ;, w - полное давление и скорость потока в конце пути выравнивания в ступени, номер которой соответствует индексу, приписанному данному параметру; p - плотность жидкости; F - площади сечения канала, определяющие его уширение в рассматриваемой ступени.

Предположим, что приращение площади сечения канала в каждой ступени расширения одинаково, так что J? 77 -iFz F0 (2) где Fo — площадь на входе канала; г - номер ступени; Fz - площадь на выходе канала в целом; z - общее число ступеней расширения, (4) i=i Р о/2

На рисунке 3, заимствованном из работы [8] приведены зависимости коэффициента гидравлического сопротивления CQT,OT z для различного числа ступеней. Из этих зависимостей видно, что с увеличением числа ступеней внезапного расширения коэффициент "02 снижается, особенно при переходе от одноступенчатого расширения к двухступенчатому.

Сжимаемость газа слабо влияет на потери полного давления в ступенчатом диффузоре [23], поэтому расчет оптимального газового ступенчатого диффузора может быть выполнен по соотношениям, найденным для случая течения несжимаемой жидкости.

Для достижения минимальных потерь при оптимальном отношении F2/F1 необходимо обеспечить выравнивание потока в процессе расширения в первой ступени [8]. Следовательно, расстояние между первой и второй ступенями внезапного расширения должно быть достаточным для завершения заполнения впадины за первым уступом, но не более такового, чтобы избежать образования нового пограничного слоя перед второй ступенью расширения.

Для получения экспериментальных данных, необходимых для определения оптимального расстояния между уступами в системе двухступенчатого внезапного расширения, авторы работы [8] использовали модель ступенчатого канала регулируемой геометрии, продуваемого с помощью низконапорной воздуходувки. Полученные результаты приведены на рисунке 4, где величина 0z представлена как функция отношения длины зоны выравнивания в первой ступени расширения 1\ к глубине первого уступа ДЬь Данные рисунка 4 подтверждают существование оптимальной относительной длины зоны выравнивания в первой ступени расширения.

Одноступенчатая кромка

Уравнение импульсов для потока, расширяющегося от сечения с площадью F0 до сечения с площадью Fi при наличии вдува охладителя через торец ступеньки под углом ае к направлению основного потока (рисунок 21) можно записать в виде GoWoMo+GBW.M.cosae+poF.KGo+G W p b (19) где G, W - расход и скорость в потоках соответственно, причем индекс «в» указывает на параметры вдуваемого потока; М - коэффициент Буссинеска, учитывающий неравномерность распределения импульса по сечению струи, обусловленную входным пограничным слоем; р - давление. Индекс 0 указывает сечение перед ступенькой (минимальное), 1 - за ступенькой. U

Выражение (31) показывает, что при расчете суммарных потерь на внезапное расширение с выдувом применимы принципы суперпозиции: первое слагаемое соответствует чистому внезапному расширению, т.е. расширению в отсутствие вдува, второе - дополнительные потери, обусловленные вдувом, которые обращаются в нуль при G = 0. Однако, второе слагаемое в выражении (31) нельзя считать строго выражающим W потери на смещение, поскольку оно не обращается в нуль при - - COS ав = 1, "о когда влияние потоков не вызывает процесса перемешивания ввиду идентичности их кинематических параметров. Строго выражает потери смешения второе слагаемое выражения (32). Но согласно первому слагаемому этого выражения потери на внезапное расширение при вдуве снижаются в связи с тем, что степень расширения уменьшается вследствие определенного заполнения области за ступенькой вдуваемым потоком. Исследуем выражение (24) на экстремум. Из условия Э 01/Э( 0/ ,) = 0 находим — W MQ +G—-Mucosa,, (33) экстр

Отношение F0/FXi определяемое выражением (33), отвечает минимуму потерь при внезапном расширении с выдувом. Графически формула (33) для равномерного потока (M=N=1) иллюстрируется рисунком 22, из которого следует, что для снижения потерь смешения целесообразно зону смешения выполнять в виде ниши за уступом.

1. Для снижения потерь смешения целесообразно зону смешения выполнять в виде ниши за уступом.

2. Получено выражение для определения оптимальной глубины уступа применительно к выходной кромке лопатки с выдувом.

3. Чем толще выходная кромка лопатки и больше относительный расход выдуваемого воздуха, тем большего снижения потерь можно достичь при введения уступа со стороны корыта.

4. Чем толще выходная кромка лопатки, тем меньше оптимальная высота ступеньки.

Для получения экспериментальных данных, необходимых для определения оптимального расстояния между уступами в системе двухступенчатого внезапного расширения в случае выдува охладителя, использовалась модель ступенчатого канала регулируемой геометрии, схема которой представлена на рисунке 33 .

Установка, моделирующая ступенчатую выходную кромку лопатки, размещалась на аэродинамическом стенде, схема которого представлена на рисунке 34, Данный стенд, используемый для изучения особенностей аэродинамики турбинных решеток, создан на базе низконапорного вентилятора ВН-800 0,01, позволяющего получить на номинальном режиме работы избыточное давление 100 мм вод. ст. при массовом расходе воздуха 1,5 кг/с. Для выравнивания параметров потока и для снижения пульсаций давления на аэродинамическом стенде применен ресивер, габаритные размеры которого составляют 1500 х 2000 х 3000 мм. Для предотвращения срывных явлений подводящий канал выполнен сужающимся с геометрической степенью F конфузорности к - = 1,5. Скорость истечения потока из решетки БЫХ регулировалась в экспериментах изменением площади входа вентилятора.

Воздух, выдуваемый из щели в уступе, подавался через расходомер автономным компрессором, при этом его температура практически не отличалась от температуры основного потока.

Все продувки осуществлялись при максимальных скоростях потока, не превышающих W = 45 м/с. Приведенная скорость при температуре Т от 278 до 298 К, составляла от X = 0,142 до X = ОД 48, поэтому все расчеты производились для несжимаемой жидкости (при неизменной плотности воздуха).

Определим границы возможности применения результатов экспериментальных исследований по числу Маха.

Как показывают исследования обтекания лопасти [16] величина коэффициента кромочного давления ркр практически не зависит от числа Маха внешнего потока на режимах обтекания с Мг 0,85 (рисунок 35).

В области чисел Маха 0,9 наблюдается резкое возрастание разрежения на торце кромки, которое при дальнейшем увеличении скорости потока быстро снижается, достигая исходной величины при М 0,95. Такой характер изменения ркр в зависимости от числа Маха можно объяснить тем, что из-за нарастания пограничного слоя при некотором значении Мг « 0,85...0,87 вблизи выходной кромки лопасти местная скорость потока достигает скорости звука и обтекание приобретает характер течения Прандтля - Майера. При этом возникают волны разрежения, которые распространяются в область следа и вызывают падение кромочного давления. Но одновременно расширение сверхзвукового потока за кромкой приводит к сужению кромочного следа.

Экспериментальное исследование модели ступенчатой выходной кромки с выдувом

Воздух, выдуваемый из щели в уступе, подавался через расходомер автономным компрессором, при этом его температура практически не отличалась от температуры основного потока.

Все продувки осуществлялись при максимальных скоростях потока, не превышающих W = 45 м/с. Приведенная скорость при температуре Т от 278 до 298 К, составляла от X = 0,142 до X = ОД 48, поэтому все расчеты производились для несжимаемой жидкости (при неизменной плотности воздуха).

Определим границы возможности применения результатов экспериментальных исследований по числу Маха.

Как показывают исследования обтекания лопасти [16] величина коэффициента кромочного давления ркр практически не зависит от числа

Маха внешнего потока на режимах обтекания с Мг 0,85 (рисунок 35).

В области чисел Маха 0,9 наблюдается резкое возрастание разрежения на торце кромки, которое при дальнейшем увеличении скорости потока быстро снижается, достигая исходной величины при М 0,95. Такой характер изменения ркр в зависимости от числа Маха можно объяснить тем, что из-за нарастания пограничного слоя при некотором значении Мг « 0,85...0,87 вблизи выходной кромки лопасти местная скорость потока достигает скорости звука и обтекание приобретает характер течения Прандтля - Майера. При этом возникают волны разрежения, которые распространяются в область следа и вызывают падение кромочного давления. Но одновременно расширение сверхзвукового потока за кромкой приводит к сужению кромочного следа. По мере роста скорости потока происходит развитие зон скачков уплотнения за лопастью, чем и объясняется возрастание кромочного давления и потерь при увеличении Мг свыше 0,92.

Из вышесказанного можно сделать вывод, что результаты экспериментальных исследований, проведенных при малых скоростях могут быть применены и для диапазона скоростей Мг 0,85. Для сверхзвуковых скоростей, когда в потоке возникают скачки уплотнения, необходимо провести дополнительные исследования.

В современных газовых турбинах ступенчатая выходная кромка может применяться в охлаждаемых лопатках не только первой, но и второй ступени, где уровень скоростей находится в диапазоне Мг 0,85.

Кроме того, исследуемый уступ вблизи выходной кромки расположен на вогнутой стороне профиля, где скорости заведомо меньше, чем на спинке. При продувке число Рейнольдса поддерживалось на уровне 2,7-105, что близко к области автомодельности. Число Рейнольдса определялось по гидравлическому диаметру D0 = 4h0b/(2h0+2b), (43) где Ъ - ширина канала в плоскости перпендикулярной плоскости чертежа; «о - ширина канала в плоскости чертежа, и параметрам потока в узком сечении канала (a0=F0/b=0,124 м).

Высота рабочей части установки сохранялась постоянной и равной b = 0Д95 м. Ширина канала (размер в плоскости чертежа) изменялась путем установки ступенчатой вставки. При этом а0 =0,124 м, а2 =0,144 м. Длина зоны выравнивания в первой ступени расширения /] в процессе продувки могла изменяться от /3 = 0 до 1\тах =0,067 м, длина зоны выравнивания второй ступени сохранялась постоянной и равной 12 = 0,04 м. Исследовались два случая распределения общей степени расширения с сохранением ее суммарной величины.

Исследование особенностей вторичных течений в решетке со ступенчатой выходной кромкой при вдуве

Согласно рисунку 51 можно считать, что при G= 0 влияние отношения Ij/dj укладывается в погрешности эксперимента. Причем, учитывая значение — — = ОД 13 - аналог отношения толщины выходной FJb кромки к горлу решетки (где Ъ - ширина канала по нормали к плоскости чертежа), полученное значение Ару »-0,085 вполне соответствует кромочному давлению в турбинных решетках [11]. При больших G просматривается тенденция роста Ар с ростом отношения lj/d]. В целом влияние относительного расхода вдуваемого воздуха на Ар носит идентичный характер и соответствует результатам исследования охлаждаемых решеток с выдувом охладителя через щели в торце выходной кромки [16].

Результаты расчета по формуле 55 и данным рисунка 51 представлены в таблице 10, где увеличение коэффициента потерь за счет разрежения определяется по формуле коэффициент потерь на внезапное расширение (с индексом 1 в случае бесступенчатой кромки, с индексом 2 — ступенчатой), описываемый формулой (36) (см. главу 2) с учетом поправки на увеличение коэффициента потерь за счет разрежения за уступом и за выходной кромкой решетки, определяемых по формуле (58). Значения давления за выходной кромкой в зависимости от ее толщины взяты из работы [11].

В данном вычислении полагали М=№=1 во всех расчетных сечениях и принимали F0/FB=ao/SQJ где а0- ширина канала в сечении с площадью Fo, а также WJWQ=GF0/Fe.

Как видно из рисунка 52 результаты расчета достаточно хорошо согласуются с экспериментальными данными. Таким образом, величина снижения потерь А от применения ступенчатой выходной кромки может быть достаточно точно оценена расчетным путем.

1. Проведены экспериментальные исследования модели ступенчатой выходной кромки и решетки профилей.

2. На основании представленных данных можно сделать вывод, что переход к оптимальной ступенчатой выходной кромке в аэродинамическом смысле выгоден для охлаждаемых турбинных лопаток.

3. Возможное повышение эффективности решетки может быть достаточно надежно оценено расчетным путем, как результат снижения потерь на внезапное расширение при обтекании кромки.

4. Получено эмпирическое выражение для определения оптимального расстояния между ступенями расширения.

При проведении экспериментального исследования влияния выдува воздуха на вторичные течения в решетке использовалась установка, описанная в главе 3. Осуществлялась продувка сопловой решетки, имеющей следующие параметры: шаг t=0,102 м, ширина горла а0=0,028 м, хорда лопаток Ь=0,165 м, высота рабочей части составляла h=0,06 м. Геометрия ступенчатой выходной кромки (см. главу 2, рисунок 1) была близка к оптимальной. Толщина кромки на срезе d2=0,0023 м, высота ступеньки di=0,0027 м, т. е. d2 = 0,005 м, причем l.i/di = 0,85, высота щели выдува Su=0,002 м.. Продувка решетки осуществлялась с помощью низконапорной воздуходувки на экспериментальном стенде (см. главу 3, рисунок 45) при числе Рейнольдса на уровне 3-Ю5. Температуры основного и вдуваемого потоков были одинаковы. Траверсирование проводилось с шагом 2 мм по высоте решетки и по ширине межлопаточного канала.

В ходе эксперимента было измерено поле скоростей за решеткой, по результатам был вычислен коэффициент потерь. Продувки проводились при отсутствии выдува и относительных расходах охлаждающего воздуха 0,4 % и 0,8 %.

Похожие диссертации на Метод аэродинамической оптимизации ступенчатой выходной кромки охлаждаемых лопаток газовых турбин