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 Rе на потери энергии в решетке иллюстрируются графиком рис.32. При малых числах Rе потери существенно зависят от числа Rе; по мере роста Rе это влияние снижается, и, начиная с некоторого значения Rе, коэффициент потерь перестает зависеть от числа Rе. Диапазон числа Rе, в котором потери не зависят от числа Rе, называют автомодельной по Rе 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 Rе>3–6·105 потери энергии перестают существенно зависеть от Rе.
Совершенно очевидно, что опытное определение коэффициента потерь должно производиться в автомодельной по Rе 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 Rе области. Если же натурная решетка работает не в автомодельной по Rе области, то влияние числа Rе следует учесть поправочным коэффициентом. Тогда формула, определяющая коэффициент потерь в натурной решетке, может быть записана в таком виде:
(4.3)
где ζ0 и ζк – коэффициенты профильных и концевых потерь модельной решетки, определяемые опытным путем в автомодельной по Rе области;
– коэффициент, учитывающий влияние числа Rе.
Одновременно с учетом числа Rе 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 Rе).
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 (Rе, ) (.4.5)