Б). Влияние числа Маха на потери энергии
Число Маха определяется отношением скорости течения пара к местной скорости звука и характеризует влияние сжимаемости рабочего вещества на характеристики потока в решетке. При определении числа Маха для турбинной решетки обычно рассматривается то сечение, в котором скорость максимальна. Чаще всего это выходное сечение решетки. Тогда для направляющих аппаратов:
М= 
(4.6)
Для рабочей решетки: М= 
(4.7)
Только иногда, для активных решеток, скорость входа может быть больше скорости выхода, тогда:
М= 
(4.8)
Качественно можно оценить влияние числа М на потери энергии в решетке следующим образом (рис.33). В области дозвуковых скоростей рост числа М сопровождается незначительным снижением потерь до достижения некоторого значения, называемого критическим числом Мкр. При этом внутри канала начинают появляться местные сверхзвуковые скорости, хотя средняя по сечению скорость все еще дозвуковая. В области Мкр < M < 1 рост числа М сопровождается некоторым увеличением потерь. На практике этим изменением потерь при дозвуковых скоростях можно пренебречь и условно считать область M < 1 автомодельной по М областью.
Поэтому испытания модельных решеток производится при M < 1, и, если натурная решетка также работает при M < 1, то эти результаты могут непосредственно использоваться по формуле (4.3).
При сверхзвуковых скоростях (M > 1) потери резко возрастают с ростом числа М; именно поэтому, при проектировании турбинных ступеней стремятся избежать больших сверхзвуковых скоростей.
Практически в турбинных решетках со сходящимися каналами могут встретиться два характерных случая течения пара со сверхзвуковыми скоростями.
Если на входе в решетку скорость дозвуковая, то сверхзвуковые скорости могут появиться только за счет расширения в косом срезе. В этом случае структура потока внутри канала не изменяется и увеличение потерь целесообразно учесть добавлением к общей сумме (2.4.3) члена ζкс, определяющего величину потерь, сопровождающих расширение пара в косом срезе:
(.4.9)
Если же скорость пара на входе в решетку сверхзвуковая (такой режим обтекания встречается сравнительно редко; иногда он может наблюдаться на первом рабочем венце двухвенечных колес), то изменяется структура потока по всей решетке. Схему обтекания в этом случае можно представить себе следующим образом (рис.34).
При обтекании входных кромок лопаток образуется система скачков уплотнения, в которых скорость падает и становится дозвуковой. Поворот потока в канале происходит при дозвуковых скоростях; сверхзвуковые скорости вновь могут появиться за счет расширения в косом срезе.
Увеличение потерь энергии, наблюдающееся при сверхзвуковых скоростях на входе в решетку в этом случае качественно можно учесть, введя в формулу (2.4.9) коэффициент χм; тогда получим:
(4.10)