Файл: Зысина-Моложен, Л. М. Теплообмен в турбомашинах.pdf

степень турбулентности е изменялась от 0,8 до 5,2%. При всех исследованных значениях числа R было обнаружено значитель­ ное возрастание интенсивности теплообмена при е > 1%. Визуа-

Рис. 61. Распределение локальных значений N u/(cK R ) от точки разветвления

по контуру поперечно обтекаемого круглого цилиндра при различных степенях

лизация течения вблизи критической точки [205] обнаружила наличие в пограничном слое вихрей, оси которых совпадают с на­ правлением линий тока набегающего потока. Вследствие наличия этих вихрей течение вблизи точки разветвления становится су-

Рис. 62„ Влияние степени турбулентности набе­ гающего потока на интенсивность теплообмена в окрестности точки разветвления поперечно обтекаемого круглого цилиндра

щественно трехмерным, что может вызвать значительное увели­ чение интенсивности теплообмена.

Кривые, приведенные на рис. 61, 62, не обнаруживают тенден­ ции к стабилизации влияния е на интенсификацию теплообмена. В связи с этим следует с большой осторожностью относиться к фор­

176

мулам для расчета теплоотдачи передней кромки лопатки, полу­ ченным при некотором определенном (малом) значении степени турбулентности е. Передняя кромка является некоторым анало­ гом поперечно обтекаемого цилиндра, и влияние е на теплоотдачу весьма вероятно.

Средний по обводу выходной кромки коэффициент теплоот­ дачи на основе опытов КАИ [13, 14] может определяться по фор­ муле

Здесь за определяющую температуру принята температура тор­ можения газа за решеткой, за определяющую скорость — дей­ ствительная скорость на выходе из решетки w2, за определяющий размер — удвоенный радиус выходной кромки лопаток d.

Здесь d — диаметр выходной кромки; X и р определяются по тем­ пературе лопатки.

Вобласти общих значений R формулы (V.25) и (V.26) дают сов­ падающие результаты.

Внатурных условиях реальной турбины характер обтекания лопаток рабочего колеса существенно изменяется как вследствие воздействия массовых (центробежных и кориолисовых) сил, так

ивследствие появления периодической нестационарности, изме­

нения уровня и поля турбулентных пульсаций и т. д. Проблема переноса результатов экспериментальных исследований на ста­ тических моделях на вращающиеся объекты является одной из труднейших проблем современной теоретической аэродинамики и до настоящего времени не имеет рационального решения. В ли­ тературе имеются только отдельные, построенные на основе част­ ных экспериментов рекомендации об увеличении значений коэф­ фициентов теплоотдачи при вращении в 1 ,2—1,8 раза по сравне­ нию с результатами, полученными при статических испытаниях

[230, 171, 46].

Для ориентировочной оценки влияния вращения на средний коэффициент теплоотдачи можно использовать расчетные формулы, полученные в работах [120, 46]. Эти формулы построены на основе обобщения опытов с ограниченным количеством решеток, и поэтому их можно использовать только для ориентировочной оценки.

В [120] для расчета среднего по обводу профиля коэффициента теплоотдачи рекомендуется формула

Формула построена на основе обобщения опытных данных с двумя решетками профилей при вращении с п -■ 4000 об/мин.

В исследованном авторами диапазоне изменения чисел Рей­ нольдса [R == (1 -г-6,6) 10®] отклонение результатов расчета по формулам (V.27) и (V.29) не превышает 15%.

Влияние угла атаки на теплообмен во вращающихся решетках по данным КАИ [122, 123] оказывается таким же, как и в непо­ движных, поэтому формула (V.23) может быть также использована для приближенных оценок значений а при вращении на нерасчет­ ных режимах.

178

27. Расчет локальных значений коэффициентов теплоотдачи по контуру лопатки

При расчете лопаточных аппаратов газовых турбин возникает необходимость знать не только средние коэффициенты теплоот­

дачи в решетке а, но и локальные их значения по обводу про­ филя ах, что особенно важно при расчете температурных полей и разработке систем охлаждения лопатки. Характер зависимости локальных значений коэффициентов теплоотдачи от режимных и геометрических параметров решетки (шаг, угол натекания и т. д.) определяется особенностями обтекания лопатки.

отмечалось, эпюрой скорости или давления вдоль контура про­ филя.

Расчет локальных коэффициентов теплоотдачи вдоль контура профиля базируется на эпюре скорости (экспериментальной или расчетной), влияющей на развитие теплового пограничного слоя, образующегося при обтекании лопатки. Для таких расчетов можно использовать любой из описанных в п. 13 и 21 методов расчета теплового пограничного слоя. В частности, в работах [179, 247] отмечается хорошее совпадение экспериментальных данных по теплоотдаче лопатки с результатами расчетов по методу Патан- кара—Сполдинга [226]. Применение этого метода в наших усло­ виях затруднено большой его сложностью, программа вычислений требует использования вычислительных машин с очень большим быстродействием и памятью.

Для практического использования при конструктивной про­ работке различных систем охлаждения лопаток газовых турбин и при анализе различных режимов их работы определенными пре­ имуществами обладает однопараметрический метод, разработан­ ный в работах [60, 57] и описанный в и. 21. Преимущества этого метода заключаются в следующем.

Характер обтекания профилей в решетке таков, что в погранич­ ном слое, развивающемся вдоль контура лопатки, сосуществуют ламинарный, переходный и турбулентный режимы течения, при­ чем протяженности каждой из этих областей соизмеримы. В этом случае для создания единого непрерывного машинного счета пара­ метров пограничного слоя очень удобно, чтобы формульные за­ висимости для расчета теплового пограничного слоя при всех трех режимах течения были однотипными. Кроме того, конструк­ тивная отработка системы охлаждения лопатки с точки зрения тепловой эффективности должна сопровождаться сравнительными расчетами потерь в решетке. При этом удобно иметь однотипную

Метод [57 ] обладает этими свойствами и позволяет объединить программу для расчета теплового пограничного слоя и тепло­ отдачи с программой расчета потерь в решетках профилей, опи­ санной в [78], причем программа получилась настолько неслож­ ной, что оказалось возможным при использовании ЭВМ типа М-220 объединить ее с программой расчета потенциального обте­ кания решеток профилей.

Расчетные формулы этого метода для теплового пограничного слоя и локальной теплоотдачи вдоль контура лопатки после не­ сложных алгебраических преобразований приводятся к следую­ щему виду.

Толщина потери теплосодержания

Индекс t соответствует индексу н (точка начала перехода), если считается пограничный слой в переходной области:

1 Для сопловых решеток в качестве масштаба скорости вводят не wx, а ш2.

180