Аэродинамические характеристики решеток и их определение

а). Влияние числа Рейнольдса на потери энергии

Число Рейнольдса учитывает влияние вязкости пара на величину потерь кинетической энергии, которая проявляется в основном в пограничном слое.

Для определения числа Рейнольдса для турбинной решетки за характерный размер принимается хорда профиля , а за характерную скорость – скорости на выходе из решетки С₁ (W₂). Таким образом, для направляющей (сопловой) решетки:

(.4.1)

Для рабочей решетки:

(.4.2)

где: ν – кинематическая вязкость пара.

Характер влияния числа R_е на потери энергии в решетке иллюстрируются графиком рис.32. При малых числах R_е потери существенно зависят от числа R_е; по мере роста R_е это влияние снижается, и, начиная с некоторого значения R_е, коэффициент потерь перестает зависеть от числа R_е. Диапазон числа R_е, в котором потери не зависят от числа R_е, называют автомодельной по R_е областью.

Определение границы автомодельной области носит в известной степени условный характер, т.к. эта граница зависит от формы профиля, шероховатости его поверхности и других факторов. Для большинства турбинных профилей при R_е>3–6·10⁵ потери энергии перестают существенно зависеть от R_е.

Совершенно очевидно, что опытное определение коэффициента потерь должно производиться в автомодельной по R_е области. В этом случае определенный на модельной решетке коэффициент потерь ζ может быть непосредственно перенесен на геометрически подобную решетку, если она также работает в автомодельной по R_е области. Если же натурная решетка работает не в автомодельной по R_е области, то влияние числа R_е следует учесть поправочным коэффициентом. Тогда формула, определяющая коэффициент потерь в натурной решетке, может быть записана в таком виде:

(4.3)

где ζ₀ и ζ_к – коэффициенты профильных и концевых потерь модельной решетки, определяемые опытным путем в автомодельной по R_е области;

– коэффициент, учитывающий влияние числа R_е.

Одновременно с учетом числа R_е целесообразно этим же коэффициентом учитывать влияние шероховатости поверхности профиля, т.к. шероховатость профилей модельной и натурной решеток может оказаться неодинаковой. В качестве параметра, характеризующего шероховатость поверхности профиля обычно рассматривают отношение высоты «бугорков шероховатости» к к хорде профиля в; это будем называть относительной шероховатостью :

(.4.4)

Шероховатость поверхности профиля только в том случае оказывает существенное влияние на потери энергии, если высота бугорков шероховатости соизмерима с толщиной пограничного слоя. Это может быть либо при очень большой шероховатости (плохо обработанные или сильно изношенные лопатки), либо при очень малых толщинах пограничного слоя (большие числа R_е).

Для оценки относительной шероховатости можно привести следующие сведения:

к=(1÷2)·10^{-6 м} – для шлифованных и полированных поверхностей, такие поверхности используются у корабельных турбин;

к=(1,5÷2,5)·10^{-5 м} – для обычных фрезерованных и тянутых лопаток;

к=6·10^{-5 м} – для сильно заржавленных лопаток.

Таким образом, в общем случае:

= f (R_е, ) (.4.5)