Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние и перспективы развития диффузоров камер сгорания ГТД 11
1.1 Роль диффузора в рабочем процессе камеры сгорания ГТД 11
1.2 Критерии эффективности и рабочие характеристики отрывных диффузоров 17
1.3 Особенности отрывных явлений в диффузорных каналах. Анализ методов управления диффузорным течением 29
Выводы по главе 50
Глава 2. Численное моделирование течения в отрывном диффузоре с управляемым пограничным слоем 52
2.1 Постановка задач и выбор объекта исследования, обоснование метода расчета, расчетная область и граничные условия 52
2.2 Результаты численного моделирования течения в отрывном диффузоре с вдувом тангенциальной пристеночной струи 59
2.3 Результаты численного моделирования течения в отрывном диффузоре с отсосом потока 62
Выводы по главе 74
Глава 3. Методика экспериментального исследования управления течением в диффузоре камеры сгорания и стенд для её реализации 75
3.1 Методика экспериментального исследования и описание стенда для её реализации 75
3.2 Измеряемые параметры, используемые датчики и приборы 82
3.3 Погрешности измерений 85
Выводы по главе 90
Глава 4. Экспериментальное исследование методов управления течением в отрывном диффузоре 91
4.1 Исследование влияния вдува тангенциальной пристеночной струи на эффективность отрывного диффузора 91
4.2 Влияние степени расширения преддиффузора на рабочий процесс отрывного диффузора с отсосом потока 94
4.3 Совместное влияние осевого положения жаровой трубы и степени расширения преддиффузора на эффективность диффузора с отсосом потока 98
4.4 Влияние числа Рейнольдса и толщины пограничного слоя на входе 105
4.5 Влияние геометрии системы отсоса на её гидравлическое сопротивление 108
4.6 Анализ полученных результатов 110
Выводы по главе 118
Глава 5. Методика проектирования отрывного диффузора КС ГТД с управляемым пограничным слоем 119
5.1 Методика проектирования отрывного диффузора с отсосом пограничного слоя 119
5.2 Отрывной диффузор с отсосом потока для КС с двухъярусной жаровой трубой 122
Выводы по главе 125
Заключение 126
Список использованных источников 127
- Критерии эффективности и рабочие характеристики отрывных диффузоров
- Результаты численного моделирования течения в отрывном диффузоре с вдувом тангенциальной пристеночной струи
- Измеряемые параметры, используемые датчики и приборы
- Влияние степени расширения преддиффузора на рабочий процесс отрывного диффузора с отсосом потока
Введение к работе
Развитие газотурбинных двигателей и установок направлено на снижение эмиссии вредных веществ наряду с повышением общей эффективности цикла [1,2], которое возможно при увеличении степени сжатия в компрессоре и повышении температуры рабочего тела перед турбиной, что в свою очередь приведет к росту выбросов оксидов азота [1-9].
Существует ряд концепций малоэмиссионного горения: двухзонное, бедное с предварительным испарением и смешением- и др., большинство из которых требуют применения жаровых труб с высокой- фронтовой частью и обеспечения' заданного распределения- воздуха между фронтовым устройством и кольцевыми каналами, охватывающими жаровую трубу, что может обеспечить только диффузор с равномерным полем^ параметров- на выходе el болыпим.углом раскрытия [6-8,10,11].
В большинстве современных- камер сгорания для снижения скорости воздуха после компрессора используется отрывной диффузор, который состоит из плавно расширяющегося преддиффузора- с углом раскрытия до 12 и следующего за ним внезапного расширения [1-4,10]. Такая конструкция может обеспечить достаточно равномерный профиль скорости на выходе даже при нерасчетных режимах работы и имеет меньшую длину по сравнению с плавным диффузором. Однако, вследствие ограничения угла раскрытия-преддиффузора явлением отрыва потока, от стенок, в камерах сгорания с высокими жаровыми трубами стандартный отрывной диффузор будет генерировать значительные потери полного давления; основная доля которых будет приходиться- на поворот потока вокруг обтекателя жаровой трубы и торможение в области внезапного расширения [6,7,10,11]. Кроме того, как показывают проведенные исследования [10-14], в этом случае трудно обеспечивать расчетное распределение потоков воздуха между элементами камеры сгорания. Следовательно, в камерах сгорания с высокими жаровыми трубами максимум расширения необходимо реализовывать в преддиффузоре, а для
предупреждения отрыва потока принимать специальные меры.
Существует несколько способов предотвращения отрыва потока [15-24]: генераторы вихрей, разделительные лопатки, сетки, вдув струи, отсос пограничного слоя и др. На практике широкое применение нашли только методы, используемые при внешнем обтекании тел. Внутреннее течение в диффузорных каналах, несмотря на обилие экспериментальных данных, остается' еще недостаточно изученным, особенно это касается отрывных явлений и методов управления ими [24,25,27].
Механические способы предотвращения отрыва потока имеют ряд недостатков. Применение выравнивающих сеток приводит к существенному увеличению гидравлического сопротивления канала, что недопустимо* в диффузорах камер сгорания [28,29]. Разделительные лопатки способствуют формированию неравномерности потока, вследствие генерации вихревых следов*за их выходными кромкамщ усложнению конструкции и увеличению массы камеры сгорания [30-33]. Применение генераторов вихрей ограничено необходимостью длительной экспериментальной доводки диффузора для определения, их местоположения, размеров и формы, что в случае камеры сгорания ГТД весьма затруднительно [24,25,34,35].
В связи с этим видится перспективным применение аэродинамических методов управления течением в преддиффузоре камеры сгорания за счет отсоса и вдува потока. В настоящее время не разработана методика проектирования таких диффузоров, вследствие отсутствия экспериментальных данных по влиянию- различных режимных и геометрических параметров на их эффективность [7,10,11,36-39]. Кроме того, сжатый в компрессоре воздух является ценным рабочим телом и его отбор из цикла приведет к снижению эффективности установки [40^2]. Этого можно избежать, если направлять отсасываемый воздух на охлаждение деталей турбины, уменьшая при этом отборы воздуха за компрессором. Следовательно, необходимо определить обладает ли отсасываемый воздух достаточным для организации охлаждения качеством.
Чтобы разрешить указанные проблемы требуется проведение исследований направленных на выявление определяющих факторов и механизмов их совместного влияния на газодинамические параметры отрывного диффузора с управлением отрывом потока, получить критериальные уравнения, позволяющие оценить влияние геометрических и режимных факторов на эффективность такого диффузора.
Методы исследований
Для решения поставленных задач использованы: основополагающие1 закономерности термогазодинамики, теории подобия и размерностей, требования к постановке аэродинамических опытных исследований, методы численного моделирования турбулентных течений.
Достоверность и обоснованность научных положений
Достоверность и обоснованность научных положений^ обеспечивается' корректным применением уравнений термогазодинамики, положений теории подобия И' размерностей, корректными измерениями с использованием высокоточных приборов, обработкой опытных данных с использованием статистических методов. Подтверждается совпадением расчетных и опытных данных с результатами исследований других авторов.
На защиту выносятся:
методика расчета отрывного диффузора с аэродинамическим управлением* отрывом пограничного слоя;
система критериальных уравнений, описывающая влияние геометрических и режимных параметров, на интегральные характеристики рабочего процесса^ диффузора;
результаты расчетных и экспериментальных исследований совместного влияния режимных и геометрических факторов на характеристики рабочего процесса отрывного диффузора с вдувом тангенциальной пристеночной струи и отсосом потока.
Научная новизна
Впервые изучено совместное влияние геометрических и режимных
параметров на интегральные характеристики рабочего процесса отрывного диффузора с вдувом струи и отсосом пограничного слоя. Впервые, на основе экспериментальных и расчетных данных, получена система критериальных уравнений, позволяющая на начальной стадии проектирования оценить влияние геометрических и режимных параметров, на интегральные характеристики рабочего процесса диффузора. Разработана методика расчета отрывного диффузора камеры сгорания с аэродинамическим управлением отрывом пограничного слоя, позволяющая на начальном этапе проектирования, по заданным потерям давления, определить, его основные геометрические параметры.
Практическая полезность Проведенные экспериментальные и расчетные исследования выявили основные направления повышения- эффективности диффузорных каналов с большими углами раскрытия применительно к низкоэмиссионным камерам, сгорания при* вдуве пристеночной струи и отсосе пограничного слоя. Управление отрывом пограничного слоя в* отрывном диффузоре позволяет снизить потери полного' давления» и повысить его эффективность. Полученная, при обработке экспериментальных данных, система критериальных уравнений позволяет оценить характеристики рабочего процесса в отрывном диффузоре при .введении управления* пограничным слоем и наиболее оптимальные, с точки зрения минимума гидравлических потерь, режимы. Разработанная методика расчета основных геометрических параметров отрывного диффузора» с управлением пограничным слоем, дает возможность существенно сократить сроки проектирования и на начальном этапе оценить конструктивный облик диффузора, его интегральные характеристики, что подтверждается на примере проектирования диффузора с отсосом пограничного слоя для низкоэмиссионной двухъярусной камеры сгорания газотурбинной установки. Работа выполнена при поддержке государственного контракта ' № 02.516.11.6021.
Критерии эффективности и рабочие характеристики отрывных диффузоров
В отрывном диффузоре (рис. 1.3), так же как и в плавном, входящий -поток воздуха разделяется на три потока, два из которых направляются в наружный и внутренний кольцевые каналы, а третий поток проходит через фронтовое устройство и формирует первичную зону внутри жаровой трубы [10,54-56].
Практически весь воздух, за исключением небольшой доли, отбираемой на охлаждение турбины, проходит через камеру сгорания. Из кольцевых каналов воздух проникает в зону смешения через отверстия в стенках жаровой трубы. Это и определяет одну из основных функций диффузора камеры сгорания: эффективное торможение потока, поступающего в окружающие жаровую трубу кольцевые каналы, с заданным распределением давления вдоль оси, обеспечивающим требуемое по длине проникновение воздуха в зону смешения [10,56]. Нарушение этого проникновения может привести к нежелательной неравномерности поля температуры на выходе из КС и вызвать, перегрев соплового аппарата турбины.
Геометрические параметры отрывного диффузора: 1 -ось камеры сгорания; 2 преддиффузор; 3 - обтекатель жаровой трубы; 4 — внутренний кольцевой канал; 5 наружный кольцевой канал; 6 - жаровая труба
Наиболее полно оценить эффективность работы диффузора можно критериям [10,14,21,27,43,44,54,56]: коэффициенту относительных потерь полного давления, коэффициенту гидравлических потерь и коэффициенту восстановления статического давления.
Часто требуется восстановить максимально возможное статическое давление при минимальной длине диффузора даже за счет больших потерь энергии в нем [21,43,44]. Коэффициент восстановления статического давления показывает, какая часть входного скоростного напора была преобразована в статическое давление при прохождении через диффузор:
Исследования отрывных диффузоров применительно к камерам сгорания проводились как отечественными авторами [58,59], так и зарубежными [12-14,36,51,52,54-63] . Однако, первые исследования отрывных диффузоров провели Фишенден и Стивене [10,51,56]. В своей работе они экспериментально исследовали влияние геометрии диффузора, расстояния между выходом из преддиффузора и жаровой трубой, распределения расходов воздуха между наружным и внутренним кольцевыми каналами на характеристики и устойчивость течения. Фишенден и Стивене обнаружили, что практически всё повышение статического давления происходит в преддиффузоре, а основные потери возникают в области внезапного расширения. Кроме того, они указали, что наличие жаровой трубы оказывает благоприятное воздействие на течение в преддиффузоре. В частности, уменьшение расстояния между выходом из преддиффузора и жаровой трубой затягивает возникновение отрыва потока, что позволяет использовать больший угол раскрытия и степень расширения, чем в обычных кольцевых диффузорах той же длины. Хестерманн и др. [13,14] также обнаружили стабилизирующее действие уменьшения длины области внезапного расширения на течение в преддиффузоре и отметили, что для устранения отрыва в преддиффузоре с углом раскрытия 22 безразмерное расстояние от выхода из преддиффузора до обтекателя (отнесенное к высоте преддиффузора на входе) должно быть примерно равно единице. Позднее Карротт и др. [55] показали, что, если это расстояние сделать слишком маленьким, суммарные потери в отрывном диффузоре возрастут вследствие интенсивного локального ускорения потока между выходными кромками стенок преддиффузора и поверхностью обтекателя, а также увеличения кривизны линий тока при обтекании жаровой трубы. Следовательно, для любой заданной геометрии диффузора, существует определенное значение осевого размера области внезапного расширения, зависящее от степени расширения преддиффузора и высоты жаровой трубы, при котором потери минимальны. Это подтвердили и эксперименты Хонами и Мариоки [10, 64, 66]. Влияние высоты жаровой трубы на потери полного давления в отрывном диффузоре изучали Сринивасан и др. [10]. Они получили 60%-е повышение потерь при увеличении безразмерной высоты жаровой трубы (отнесенной к высоте преддиффузора на входе) с 3,1 до 4,1. Клейн [54] обобщил результаты исследований отрывных диффузоров сходных геометрий с различными по высоте жаровыми трубами и одинаковым осевым размером области внезапного расширения из нескольких источников. В результате он получил, что при увеличении безразмерной высоты жаровой трубы с 3,5 до 5,5 коэффициент гидравлических потерь возрастает на 60%.
Очевидно, что основная задача конструктора — получить диффузор с минимальными потерями полного давления. Однако, кроме этого, диффузор камеры сгорания должен обеспечивать необходимое торможение потока, которое оценивается коэффициентом восстановления статического давления Ср. Снижение скорости потока и повышение статического давления достигается за счет увеличения площади поперечного сечения, следовательно, фактором, определяющим коэффициент Ср, будет отношение площадей поперечных сечений на выходе и входе модели, представляющее суммарную степень раскрытия диффузора [10,51,56]. Но, вследствие1 того, что поток в диффузоре разделяется между внутренним и наружным каналами, на коэффициент Ср будет также влиять и отношение расходов S [54,56,64-67]. Если при постоянном расходе воздуха через диффузор дросселировать один из кольцевых каналов, расход воздуха в нем будет падать, а статическое давление - увеличиваться; в другом канале - эффект будет обратным. Суммарный коэффициент восстановления статического давления при этом уменьшится, так как доля воздуха с меньшим статическим давлением будет превышать долю воздуха с большим статическим давлением. Таким образом, оптимальное значение Ср достигается в том случае, когда средние скорости потоков, а, следовательно, и статические давления в кольцевых каналах равны [56,65-66]. Этот случай соответствует наиболее симметричному распределению статического давления по поверхности жаровой трубы.
Результаты численного моделирования течения в отрывном диффузоре с вдувом тангенциальной пристеночной струи
При анализе полученных результатов в качестве величины G используется относительное значение суммарного расхода вдуваемого потока, определяемое как отношение суммы расходов через верхнюю и нижнюю щели к расходу воздуха через диффузор. Увеличение относительного расхода вдуваемого потока с 3 до 5% способствует выравниванию поля статического давления на выходе из преддиффузора и в области внезапного расширения, что благоприятно сказывается на распределении потоков воздуха между наружным и внутренним каналами. Суммарные потери полного давления для режима с
G =5% в среднем на 15% меньше,,чем в случае G=3%, о чем свидетельствует и более тонкий пограничный слой в преддиффузоре на этом режиме (рис. 2.6, а и 2.7, б). Малый осевой размер области внезапного расширения (D/HBX=1) благоприятно влияет на устойчивость течения в преддиффузоре. В этом случае обтекатель играет роль своеобразного экрана, который подтормаживает центральную струйку на выходе из преддиффузора, в результате чего часть потока оттесняется к стенкам канала, приводя к ускорению течения в пограничном слое и делая профиль скорости более заполненным. Это особенно заметно на режиме с G =3%, когда, из-за недостаточного импульса вдуваемой струи, в средней части преддиффузора возникает предотрывное состояние погранслоя, исчезающее к выходному сечению .
Изменение коэффициента гидравлических потерь и восстановления статического давления при различных степенях расширения преддиффузора и расходах вдуваемого потока представлены на рис. 2.9. - 2.10. С ростом расхода вдуваемой струи от 0% до 4% происходит повышение коэффициента восстановления статического давления в диффузоре на 21,8%, а при дальнейшем увеличении расхода он снижается.
При небольших расходах вдуваемой струи (0 %) понижение статического давления за счет роста скорости компенсируется выигрышем в потерях давления. Однако в случае дальнейшего его возрастания потери полного давления перестают уменьшаться (остаются постоянными) и вдув приводит только к повышению расхода воздуха через диффузор. Увеличение степени расширения потока с 1,6 до 2,22 приводит к росту потерь полного давления и снижению коэффициента Ср на всех режимах за исключением небольшой области при G 3,7%. Очевидно, что в этой области импульса вдуваемой струи достаточно для устранения отрыва потока в преддиффузоре с заданной степенью расширения. При дальнейшем увеличении степени расширения до 2,8 возникает развитый отрыв потока, переходящий в струйное течение, устранить которое при помощи вдува 6% не представляется возможным.
Таким образом, режим, соответствующий минимальным потерям полного давления, ограничивается степенью расширения преддиффузоря порядка 2,22, расходом вдуваемого потока G =4 — 6%. Снижение потерь на данном режиме по сравнению с минимальным значением потерь без вдува составило 30,6%, а повышение коэффициента восстановления давления - 12,9%.
Измеряемые параметры, используемые датчики и приборы
На входе в преддиффузор (сечение А - А на рис. 3.2) измерялось поле полного давления и статическое давление на стенках канала. Измерение поля полного давления производится с помощью трех пятиточечных гребенок (рис. 3.4), а статического давления с помощью 6 дренажных отверстий, расположенных на наружной и внутренней стенках канала.
Аналогичным образом проводились измерения и в выходных сечениях наружного (Б - Б) и внутреннего (В - В) каналов при исследовании отрывного диффузора. Измерение полных давлений гребенками осуществлялось в трех сечениях, одно из которых центральным продольным сечением модели, а два других располагались на расстоянии ±70мм от него. Приемные трубки гребёнок выполнены из нержавеющей стали 12Х18Н10Т. Наружный диаметр трубки равнялся 1 мм, а диаметр приемного отверстия - 0,6 мм. Носики трубок выполнены в соответствии с рекомендациями [102,103]. Тарировка изготовленных гребенок была выполнена в однородном потоке воздуха, генерируемого аэродинамической трубой, путем сравнения показаний с эталонной трубкой Пито. В ходе тарировки отклонений показаний гребёнок выявлено не было, а их нечувствительность к углу поворота составила ±15.
Замеры статического давления на стенках производились в тех же сечениях, в которых располагались гребёнки. Для этого, перпендикулярно к стенкам модели, были выполнены отверстия диаметром 0,5 мм. Погрешность определения статического давления при помощи таких отверстий при скорости движения потока, соответствующей М 0,4 не превышает 0,2% от динамического напора. Отверстия были выполнены в соответствии со следующими рекомендациями [102,103]: — длина приёмного отверстия превышала его диаметр более чем в 3" раза; — неперпендикулярность оси приёмного отверстия к поверхности составляла-менее 5; — кромки приёмных отверстий, обращенные к потоку, не имели заусенцев; параметр шероховатости поверхности вблизи приёмных отверстий не превышать значения Ra=2,5, что достигалось путем тщательной обработки поверхности.
Для определения толщины пограничного слоя на входе, использовался зонд, приемная часть которого представляла собой сплюснутую медицинскую иглу (рис. 3.5), что позволило уменьшить минимальную координату над стенкой и смещение эффективного центра отверстия от геометрической оси.
В камерах 6 и 7 размещались датчики полного и статического давления, позволявшие определять параметры вдуваемого и отсасываемого потоков. С целью измерения расходов этих потоков, были установлены два ротаметра марки PM-IV (рис. 3.6), позволявшие по градуировочным зависимостям определять объемный расход (с учетом поправки на разность плотностей рабочей среды и среды на которой проводилась градуировка), с погрешностью ±15-10" м/с. Для пересчета в массовый расход требовалось знать значение плотности воздуха, которая определялась из уравнения состояния по измеренным перед ротаметром давлению и температуре.
Кроме перечисленных параметров на входе в преддифузор измерялась температура торможения потока, при помощи хромель-копелевой термопары, а в лаборатории замерялись атмосферные давление и температура, с погрешностями ±0,5 мм.рт.ст. и 0,125 С соответственно. Эксперименты показали, что с большой степенью точности течение в модели можно считать изотермическим, а температуру на входе равной температуре окружающего воздуха в лаборатории.
В качестве вторичных измерительных приборов для регистрации давления использовались четыре батарейных манометра на 25 трубок каждый, рабочей жидкостью в которых был спирт, подкрашенный в красный цвет. Отсчет по миллиметровой шкале производился с точностью до ±0,5мм.
При измерении насадком полного напора в ограниченных потоках и вблизи стенок каналов, с целью снижения погрешности необходимо учитывать ряд поправок. При измерении полного напора очень малыми насадками в пограничном слое на их показания может существенно повлиять вязкость потока. На рис. 3.7 представлены зависимости погрешности измерения скоростного напора, обусловленные влиянием вязкости потока, в функции числа Рейнольдса, подсчитанному по внутреннему диаметру трубки или высоте в случае сплюснутого насадка. Число Рейнольдса, рассчитанное для насадка со сплющенным носиком, используемого в эксперименте, составило 1200 — 1600, а для гребенок с круглым приемным отверстием — более 2000. Как видно из зависимости, представленной на рис. 3.7, при обработке результатов экспериментов поправку на влияние вязкости можно не учитывать.
Влияние степени расширения преддиффузора на рабочий процесс отрывного диффузора с отсосом потока
Экспериментальное исследование проводилось на модели отрывного диффузора, в преддиффузоре которого реализован отсос пограничного слоя (рис. 3.2). Типичный профиль скорости на входе представлен на рис. 4.6, а на выходе - на рис. 4.7. Число Рейнольдса, рассчитанное по среднерасходной скорости и высоте входного сечения диффузора, равнялось 1,23-10 , относительная толщина пограничного слоя на входе — 8/Нвх=0,11, а формпараметр - Н=1,15. Следует отметить, что на этом режиме при G=0- -2,8% в преддиффузоре формируется струйное течение,,а с увеличением G поток прилипает к одной из стенок канала, формируя при этом зону обратных токов у другой стенки. При больших степенях расширения преддиффузора п отсос потока оказывает большее влияние на характеристики диффузора.
Более равномерное и симметричное распределение соответствует режиму с п=2,45 при 6%-ом отсосе. При п=1,66 хоть и формируется симметричное распределение давления, имеются две зоны пониженного статического давления, расположенные под углом ±30 к средней линии жаровой трубы. Эти зоны вызваны локальным ускорением потока при повороте вокруг обтекателя жаровой трубы. Ассиметричное распределение давления реализуется при п=3,05 вследствие отрыва потока в преддиффузоре.
Характер зависимости показателей эффективности диффузора от величины D/HBX изменяется с увеличением степени расширения преддиффузора. Сокращение области внезапного расширения вызывает рост гидравлических потерь и снижение эффективности, особенно при небольших степенях распшрения преддиффузора (п=1,66-2); На этих режимах минимальное расстояние от выходного сечения преддиффузора до обтекателя жаровой трубы соответствует максимальным потерям полного давления.
В этом случае уменьшается степень поджатия потока в выходном сечении преддиффузора фронтовой частью жаровой трубы, что приводит к более раннему отрыву потока от стенок и возрастанию потерь.
Чрезмерно маленькая величина D/HDX вызывает сильный рост гидравлического сопротивления диффузора, поскольку существенное искривление линий тока при выходе потока из преддиффузора в область внезапного расширения, связанное с обтеканием высокой жаровой трубы, увеличивает интенсивность вихрей, формирующихся за внезапным расширением.
Следует отметить, что на режиме n = 2,45 как большая (D/HBX=1,18), так и маленькая (D/HBX=0,32) длина области внезапного расширения, несмотря на качественно разное влияние на течение, приводят практически к одинаково низким значениям коэффициентов потерь и эффективности (рис. 4.26 - 4.29). Увеличение расхода отсасываемого воздуха с 4% до 9% практически не сказывается на работе отрывного диффузора.
Возрастание степени расширения преддиффузора приводит к повышению статического давления и снижению уровня скоростей в области отсоса потока, в результате чего уменьшаются потери в отсасываемом потоке и повышается располагаемый перепад давления. В результате, отсасываемый поток сохраняет основную часть своей потенциальной энергии давления и появляется возможность использовать его для различных технологических нужд, в частности, для охлаждения1 турбины, уменьшая отборы воздуха за компрессором.
Зависимость коэффициента восстановления давления от расхода G меняется с ростом степени расширения преддиффузора. При п=1,66 она имеет максимум, соответствующий G=4%, в то время как при п=2,45 она носит убывающий характер. Последнее связано с тем, что с ростом расхода увеличивается и скорость течения воздуха в канале отсоса, а следовательно уменьшается статическое давление. При небольшой степени расширения преддиффузора статическое давление слабо изменяется вдоль его длины и в месте расположения щели для отсоса мало отличается от значения на входе, поэтому при отборе малого расхода воздуха скорости в, системе отсоса невысоки и» происходит некоторое торможение потока — статическое давление растет. Однако дальнейшее повышение величины отсасываемого потока приводит к росту скорости и падению статического давления в системе отсоса, что и отображено на рис. 4.31.
Анализ возможности формирования требуемого распределения потоков воздуха между различными элементами жаровой трубы с целью управления процессом низкоэмиссионного горения можно сделать по полученным распределениям статического давления по поверхности жаровой трубы, изображенных на рис. 4.34 - 4.36. Практически на всех режимах распределение статического давления близко к симметричному. Отсос потока слабо сказывается на распределении статического давления при степени расширения преддиффузора 1,66, чего нельзя сказать про режим с п=2,45, где происходит его выравнивание, особенно в области минимума (рис. 4.35).
Для оценки влияния на работу отрывного диффузора с отсосом потока числа Реинольдса и толщины пограничного слоя потока на входе были выполнены продувки при варьировании этих параметров. Изменение числа Реинольдса, определяемого по среднерасходнои скорости и высоте входного сечения диффузора, осуществлялось при помощи регулировки вентилятора. Характерные зависимости коэффициента гидравлических потерь и восстановления статического давления на различных режимах представлены на рис. 4.37-4.38.
С целью определения возможности повышения полного давления в отсасываемом потоке проводилось исследование влияния геометрии щели для oтcoca на величину потерь в отсасываемом потоке. Для этой цели использовались несколько геометрий с изменяемой шириной щели и радиусом скруглення на входе.
Результаты опытов представлены на рис. 4.43 — 4.48. Уменьшение безразмерного радиуса приводит к росту потерь и снижению восстановления статического давления в отсасываемом потоке. В этом случае происходит резкий поворот потока в канал для отсоса и во входном сечении щели образуются отрывные области, которые не исчезают с увеличением расхода отсасываемого потока. Щель с относительным радиусом скруглення 1,5 при небольших величинах отбираемого расхода (2 - 4%) приводит к меньшим потерям, чем щель с R/h=2,5. При расходах отбираемого потока порядка 6%-ов более эффективным будет скруглить входную кромку щели по относительному радиусу 2,5. Однако в диапазоне расходов 4 - 6% потери в отбираемом потоке для обеих геометрий отличаются не более чем на 7%.
