Файл: Соколов Ю.Н. Основы единой теории лопастных машин (насосов, вентиляторов, воздуходувок) [учеб. пособие для студентов втузов].pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 27.06.2024

Просмотров: 133

Скачиваний: 1

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

Чаплыгина.

Согласно

последнему

характерная

точка с

па очерке

профиля — точка схода

струй — должна сов­

мещаться

с

концевой

точкой профиля Ь (рис.

III—6).

Современный уровень развития аэродинамики обес­ печивает возможность теоретических решений, определя­ ющих силовое взаимодействие крыла с обтекающим его потенциальным потоком, не только для так называемых теоретических профилей, но и для крыловидных тел практической формы.

Наряду с этим, в практике инженерных расчетов на­ ходят широкое применение экспериментальные методы оценки силового взаимодействия крыловидных тел с об­ текающим их протоком. Эти методы базируются иа непо­ средственных измерениях сил, действующих на тело, помещенное в аэродинамическую трубу, или давлений в отдельных точках его поверхности. При этом опирают­

ся на экспериментальные

зависимости

 

Py = G = Cyb?^;

(III-12)

р л . =W

= СЛЬР^,

(III-13)

определяющие как подъемную силу Py—G,

направ­

ленную вдоль оси Оу — под прямым углом

к набегаю­

щему потоку (к вектору іе'оо), так и силу лобового со­

противления W, создающуюся

при

обтекании

тела

реальной (вязкой) жидкостью и направленную

вдоль

оси Ох.

зависимостях С у и Сх

 

 

 

В этих

— безразмерные

коэф­

фициенты,

называемые соответственно

коэффициентом

подъемной силы и коэффициентом лобового сопротив­

ления, а

силы Ру

и Рх,

как и

сила С? в формуле Ж у ­

ковского

(III — И ) ,

отнесены

к единице

продольного

размаха

крыла.

 

 

 

 

Геометрическую

форму аэродинамического профиля

определяют следующими

его

основными

размерами

(рис. III — 7):

 

 

 

 

Ь— хорда профиля, т. е. отрезок прямой, соединяющий точки пересечения средней линии профиля с его очерком;


б — толщина профиля — его наибольший размер по

нормали

к средней

линии;

/ — кривизна

профиля — наибольший размер между

хордой и средней

линией.

Рис. III—7

Две последних величины удобно задавать в относи­

тельных

единицах

измерения

б = S : b

и f = f : b. Очерк

профиля

определяется

рядом

согласованных

размеров:

х — расстояние

от

носика

профиля

вдоль

средней

линии в процентах ее полной длины;

 

• у — соответствующая полутолщина

профиля по нор­

 

мали к средней

линии

в процентах от

0,5 б.

Используемые на практике профили сечений крыло­ видных тел хорошо изучены. Для каждого из таких профилей установлены их аэродинамические характе­ ристики — зависимости коэффициентов Су и Сх от угла атаки а, под которым обтекается профиль, т. е. угла между хордой профиля и направлением невозмущен­ ного потока (вектора а>а, на рис. III—6). Пример аэроди­ намической характеристики для плоско-выпуклого про­ филя относительной толщины 8=0,12 приведен на рис.

III—8.

Угол атаки а0

(для

большинства практических

профилей — отрицательный),

при

обтекании

под

кото­

рым

Су

=

0, т. е. не создается подъемной

силы, яв­

ляется

у г л о м

б е з ц и р к у л я ц и о н н о г о

обтекания

(при

этом

G =

0 и Г =

0 ) .

Отношение,

 

 

 

 

 

 

/ < = -

= С ?

 

(III-13)

 

 

 

 

 

W

С,

 

 

 

называют

а э р о д и н а м и ч е с к и м

к а ч е с т в о м

пр-о-


ф и л я. Эта

величина достигает максимума при некото­

ром оптимальном для данного профиля

угле атаки а о п т

 

Vy

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0.6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

O.S

 

 

 

Си

 

 

 

 

 

 

 

 

 

У

 

 

 

 

ОМ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

о.з

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

•*

 

 

 

 

 

/

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

01

 

•— .

 

 

 

 

 

QO •о

 

 

1

 

 

 

 

4р г'

 

 

f

 

 

 

 

0

г'

С"

в'

в'

ю'

іг* *-°

 

at

с*.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.

III—8

 

 

 

 

В

применении

к лопастным

машинам

приходится

иметь

дело

с обтеканием

не

одиночного

профиля, а р е ­

ш е т о к п р о ф и л е й ,

как это

было показано в § II—4

и на рис. II—4. Существенное отличие

в

обтекании решет­

ки профилей определяется тем, что при циркуляционном

обтекании

она вызывает отклонение

потока ДР =

Рг —

— Pi,

т. е. направление вектора

относительной

скорости

W2 за

решеткой

отличается

от

направления

W\ перед

нею2 6 ).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В

связи с этим

различают

д и ф ф у з о р н ы е

и к о н-

ф у з о р н ы е

р е ш е т к и .

В диффузорной решетке

про­

филей

ш2

<

Wi (по модулю)

и,

следовательно,

в

обра­

зованном

двумя соседними

профилями

расширяющемся

плоском канале, здесь протекает диффузорный

процесс

превращения

кинетической

энергии

в

потенциальную

(при дозвуковых

скоростях). В

конфузорных решетках,

2 6 ) При обтекании

одиночного профиля этого нет. В бесконечном

удалении от профиля

вектор Woo одинаков как в набегающем, так и

в уходящем потоке.

 


наоборот, ш2 > w\, а давление в потоке по направлению относительного движения уменьшается. Находят приме­

нение и а к т и в н ьг е. р е ш е т к и, для которых w 2 — W i , а давление может изменяться лишь за счет гидравли­

ческих сопротивлений в потоке.

Рабочий процесс, протекающий в осевых машинах, рассматривается с позиций обтекания плоских и прямо­ линейных решеток профилей (§11—4), образуемых бес­ конечным рядом профилей, смещенных друг относитель­ но друга на шаг t вдоль прямолинейного фронта. Основ­ ными параметрами таких решеток следует считать:

ш а г р е ш е т к и t, как расстояние вдоль фронта между любыми сходственными точками двух соседних профилей (например, их носиками или хвостовыми кромками);

у г о л у с т а н о в к и

п р о ф и л я в — угол

между

хордой

профиля и направлением фронта решетки;

 

 

 

в

 

 

г у с т о т а

р е ш е т к и

г. = — ,

определяемая

отно­

шением хорды профиля к шагу решетки.

 

За

н а п р а в л е н и е

ф р о н т а

решетки профилей

принимают

перемещение

вдоль

определяющей

этот

фронт прямой от вогнутых сторон профилей к выпук­ лым. В связи с этим прямолинейная решетка профилей будет диффузорной (рис. III—-9 а), когда углы (Зі и р2 между направлением фронта и векторами относитель­

ных скоростей

W\ и

ш2 острые ( Р і < р 2 < 9 0

° ) .

В

кон-

фузорных

решетках

(рис. III—9 6),

наоборот, эти

углы

тупые (|32

> Pi > 90°). Проходные

сечения

(по

норма­

лям к вектору

относительной скорости) в первом

случае

увеличиваются,

а во втором — уменьшаются,

что

и

обе­

спечивает соответствующие изменения скорости в дозву­ ковом потоке."

Для рабочих колес осевых машин, передающих энер­ гию потоку, где необходимо создавать повышение дав­ ления, применяют, как правило, лопаточные венцы, со­

ответствующие диффузорным

решеткам профилей, а для

рабочих

колес

турбинных

двигателей — конфузорным.

В направляющих

аппаратах

(перед рабочи-ми колесами)

осевых

насосов,

вентиляторов и компрессоров находят

применение лопаточные венцы, образующие конфузорные решетки профилей.


Рассмотрим применение теоремы Жуковского к ре­ шетке профилей на примере установившегося обтекания вязкой несжимаемой жидкостью плоской прямолиней­ ной решетки диффузорного типа (рис. III—10). Как

(5)дшрф

 

Рис.

III—9

 

предложил Б. С.

Стечкин

и в

1949 г. обосновал это

Л. Г. Лойцянский,

такой случай

можно распространить

и на дозвуковое обтекание решетки профилей газовым потоком, если его плотность определять средней ариф­

метической плотностей до

и после решетки

Pi +

Рг

: COnSt.

 

 

В с в я з и с т е м , ч т о о т н о с и т е л ь н ы е с к о р о с т и

д о и п о с ­

л е р е ш е т к и Wi и Шг н е о д и н а к о в ы к а к п о в е л и ч и н е , т а к

и по н а п р а в л е н и ю , в м е с т о с к о р о с т и

в б е с к о н е ч н о с т и Wtx>

напр-

ас

франта

скорость

Рис. III—10

при

обтекании

одиночного

профиля в

аэродинамике

решеток

профилей

оперируют

понятием

о

с р е д н е м

в е к т о р е о т н о с и т е л ь н о г о

о б т е к а н и я .

 

 

 

 

 

 

wt

-4-

щ 2

7 )

 

( Ш - 1 5 )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Геометрически при

w а—са

=

const такой вектор

мож­

но получить, если концы векторов W\ и ш>2,

направлен­

ных

из

вершины

треугольника,

соединить

отрезком

прямой,

в центр которого

направляется

вектор

wm

из

той

же

вершины

(см. соответствующее

построение

на

рис.

III—10 справа).

 

 

 

 

 

 

 

Контрольной

 

поверхностью,

определяемой

двумя

сходственными

(смещенными

вдоль фронта

решетки

на

шаг t) линиями

тока I—2

и Г—2' и замыкающими их

2 7 )

Это

было

предложено

IT. Е.

Жуковским

и обосновано"

С. А.

Чаплыгиным.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7. Заказ -1543.

97