Файл: Жаров Г.Г. Судовые высокотемпературные газотурбинные установки.pdf

для реактивной решетки

« г . п ь ш 2 н - 1,4) на 0,7—1,0 длины.

Во всех приведенных выше формулах ссг находится из критериаль­ ной зависимости (63).

§ 32. Зависимость коэффициента теплоотдачи газа к лопаткам от параметров потока и геометрии решетки

Коэффициент теплоотдачи зависит от многих факторов, и его величина может меняться в значительных пределах. Одним из основных является условие обтекания самого профиля ло­ патки. При одинаковой степени турбулентности и скорости набегаю­ щего потока протяженность участков ламинарного и турбулент­ ного течений в пограничном слое будет зависеть от характера рас­ пределения скорости во внешнем потоке. А характер течения определит и интенсивность теплообмена на поверхности обтекания. При конфузорном течении вследствие затухания турбулентности происходит затягивание ламинарного течения. При этом точка перехода от ла­ минарного течения к турбулентному смещается по профилю. При диффузорном течении происходит более ранняя турбулизация погранич­ ного слоя, и точка перехода смещается вперед по профилю. От соот­ ношения длин участков с ламинарным и турбулентным течениями на обводе профиля зависит величина показателя степени при числе Рейиол ьдса.

Поскольку в реактивной решетке на большей части профиля лопаток наблюдается конфузорное течение, то в пограничном слое точка перехода значительно смещается вниз по профилю, и на боль­ шей части его преобладает ламинарное течение. Это снижает тепло­ обмен на поверхности профиля, что подтверждается и проведенными экспериментами.

Для активной решетки, где в основном наблюдается диффузорное течение, эпюра скоростей становится менее благоприятной с точки зрения устойчивости ламинарного течения, а увеличение зоны тур­ булентного течения по профилю влечет за собой усиление тепло­ обмена между газом и лопаткой. Если принять для обоих типов ре­ шеток Re = 2-Ю5 , то оказывается, что коэффициент теплообмена для активной решетки примерно в 1,3—1,8 раза больше, чем коэффициент теплообмена для реактивной решетки. Увеличение коэффициента теп­ лоотдачи для активных решеток по сравнению с реактивными под­ тверждалось рядом исследований, некоторые результаты которых представлены на рис. 86. Таким образом, интенсивность теплообмена в зависимости от формы канала и типа облопатывания может резко изменяться.

Не менее важным фактором, влияющим на теплообмен, яв­ ляется угол натекания фх) потока на лопатку. В работе [101] про­ ведено исследование по оценке изменения угла натекания на тепло­ обмен: Результаты этого исследования представлены на рис. 87. Характерным является тот факт, что минимальному теплообмену соответствует угол натекания потока, близкий к углу установки. Это свидетельствует о том, что при соответствии угла натекания углу установки имеет место на большей части профиля лопатки ла­ минарный пограничный слои. В этой же работе проводилось иссле­ дование влияния числа Рейнольдса на теплоотдачу в турбинной ре­ шетке. Как видно из рис. 87, с увеличением числа Рейнольдса теплообмен между средой и ре- цци

В результате исследования изменения локальных значений коэф­ фициентов теплоотдачи в зависимости от угла атаки [З і можно сде­ лать следующие основные выводы:

1. При угле атаки, равном нулю, характер изменения коэффи­ циентов теплоотдачи вдоль спинки профиля как для активной, так и для реактивной лопаток одинаков. Интенсивный разгон потока от входной кромки благоприятствует установлению ламинарного по­ граничного слоя. На расстоянии 80—90% от входной кромки лами­ нарный слой теряет устойчивость и коэффициент теплоотдачи резко возрастает. Переходный режим занимает незначительную область. На вогнутой поверхности у реактивной решетки коэффициент тепло­ отдачи уменьшается, а на расстоянии 40—50% от входной кромки на­ чинает увеличиваться. У активной решетки на начальном участке вогнутой поверхности (5—10% от входной кромки) наблюдается увеличение коэффициента теплоотдачи, что обусловлено провалом давления.

2. При положительных углах атаки благодаря раннему появ­ лению провала давления на спинке точки перехода смещаются

к входной кромке и коэффициенты теплоотдачи увеличиваются. На вогнутой поверхности у реактивной решетки при положительных углах атаки характер изменения коэффициентов теплоотдачи остается таким же, как и при і — 0. У активной решетки провал дав­ ления на вогнутой поверхности уменьшается. Поэтому точки пере­ хода смещаются к выходной кромке и коэффициент теплоотдачи уменьшается.

3. При отрицательных углах атаки для обеих решеток измене­ ние коэффициента аналогично его изменению при і = 0. На вогну­ той поверхности у реактивной ре­ шетки при отрицательных углах атаки появляется провал давления на входном участке, поэтому точ­ ки перехода смещаются к вход­ ной кромке (5—10%). Для актив­ ной решетки положение точек пе­ рехода почти не меняется.

теплоотдачи происходит на вогну­ той поверхности. Влияние угла атаки на среднюю интенсивность теп­

шага решетки для различных чисел Рейнольдса. Как видно, измене­ ние шагового отношения незначительно влияет на теплообмен в пре­ делах изменения til — 0,6 -4-0,9. В основном изменение шагового от­ ношения влияет на изменение теплообмена в пределах изменения til =

ствует о появлении на большей части профиля лопатки турбулент­ ного обтекания. С увеличением длины хорды коэффициент теплоот­ дачи падает.

Влияние больших чисел М (М -•- 1,2^-2) на теплообмен рассмот­ рено в работе [116]. Для среднего по профилю коэффициента тепло­ отдачи с учетом критерия скорости была получена расчетная формула

При эксплуатации газовых турбин лопатки становятся шерохо­ ватыми за счет эрозии и коррозии их поверхностей. Это может ока­ зать существенное влияние на теплообмен. С увеличением глубины раковин больше 5 мк при Re = 106 требуется учитывать влияние ше­ роховатости на теплообмен.

Пористость стенок лопаток также оказывает влияние на тепло­ обмен. В работе [20] показано, что коэффициент теплоотдачи для пористых лопаток на 30% ниже, чем для лопаток пзчобычных мате­ риалов.

Особое влияние на теплообмен в решетке оказывает ее вращение. Многие исследователи заметили интенсификацию теплообмена при вращении решетки [20]. Исследованиями установлено, что причиной, вызывающей интенсификацию теплообмена при вращении решетки, является воздействие на течение центробежных и кориолисовых сил, периодическая нестационарность потока за соплами и увеличе­ ние в связи с этим турбулентности потока газа.