Расходное паросодержание

Если считать постоянной величину расходной составляющей скорости на выходе из колеса, то аналогичным построением (рис. 1.5, б) получаем a2opt — 90°. Каждому из полученных значений a2opt соответствует свое сочетание и^Со и рт.

Следует отметить, что существенно неосевой выход потока из рабочего колеса при оптимальных параметрах не является специфической особенностью центростремительной ступени. Это видно непосредственно из рис. 1.5. Вместе с тем, поскольку в осевой ступени высота лопаток рабочего колеса не может сильно отличаться от высоты лопаток соплового аппарата, значение расходной составляющей скорости c2z однозначно определяется уравнением расхода G = Jid2/2p2c2z (d2 и /2 следует считать заданными). Величина угла Ра при этом должна быть получена из выходного треугольника скоростей, т. е. имеем случай, изображенный на рис.- 1.5, б. Предварительное задание угла 32 может привести к неконструктивным соотношениям высот проточной части, тогда как в центростремительной ступени высоты лопаток соплового аппарата и рабочего колеса (на выходе) могут существенно отличаться, что делает принципиально возможным случай, показанный на рис. 1.5, а.

Различные подходы к решению задачи выбора оптимальных параметров возникают последующей причине. В уравнении к. п. д. i)u, записанном для одномерной модели течения и используемом при анализе (см. приложение I), не учитывается размерность потока в направлении, перпендикулярном к средней линии тока. Уравнение неразрывности привлекается на завершающем этапе для определения высот лопаток, когда величины и^Со и рт уже выбраны. Такая ситуация, неизбежная при одномерном расчете, требует наложения ограничений, косвенно учитывающих расход рабочего тела и определяющих конечную высоту проточной части. При одномерном расчете осевых ступеней подобным ограничением является предварительное задание значения расходной составляющей скорости с2г (фактически при заданных расходе и плотности рабочего тела), определяющее площадь проходного сечения проточной части. Задание такого ограничения целесообразно и естественно также при расчете РОС. Некоторые авторы при исследованиях задают величину угла Р2, например [36, 68, 80]. Различие постановок задачи оптимизации величин и^Сд и рт определяется различием указанных способов задания ограничений и не зависит от того, какого типа ступень рассматривается — осевая или центростремительная.

Постановка I. Задано значение расходной составляющей скорости b — с2г/С„. Из формулы (1.8) *

Максимальный к. п. д. (см. рис. 1.5, 1.6) в постановке II достигается при значительно меньших, чем в постановке I, значениях относительной расходной составляющей скорости с2г/С0. Таким образом, при одной L0 и той же величине угла Р2 значениям к. п. д. (рис. 1.7, а) в постановке II соответствует большая площадь выходного сечения рабочего колеса, т. е. большая высота рабочей лопатки /2. Представляет интерес, однако, сравнение при одинаковой площади выходного сечения. Результаты такого сравнения иллюстрирует рис. 1.7, на котором кривые к. п. д. т]„ (см. рис. 1.6) перестроены в функции от относительной высоты лопатки /2 (в качестве масштаба принята длина лопатки при значении угла Р2 = 160°). Изменение lz, представленное на рис. 1.7, соответствует тому же диапазону значений р2, что и на рис. 1.6, причем при сравнении предполагалось, что средний диаметр рабочего колеса на выходе (или коэффициент радиальности) и расход рабочего тела сохраняются постоянными. При одинаковой высоте рабочей лопатки к. п. д. ступени в постановке I выше. Видно также, что в постановке II высота лопатки не может быть ниже некоторого предела (в данном случае /2 mln = = 0,7). При движении по кривой к. п. д. (рис. 1.7) справа налево уменьшаются величина угла р2 и высота 12. Однако начиная с некоторого значения (Р2 т& 145°) высота лопатки снова начинает увеличиваться. Вследствие этого при использовании постановки II для выбора оптимальных параметров могут возникнуть ограничения возможности выбора геометрических параметров ступени. При достаточно большом расходе рабочего тела даже минимальная высота рабочей лопатки может оказаться неприемлемо большой, и для получения удовлетворительной конструкции ступени придется отступить от оптимальных условий, т. е. запроектировать

Как показывают результаты, G0/Gn и fju существенно зависят от расходной составляющей скорости ск = с22/С0 и безразмерного расхода G. Зависимость G0/Gn и т\и от величины (хср незначительна (рис. 1.14). При выборе среднеарифметического диаметра в качестве расчетного диаметра выходного сечения рабочего колеса

Применение закрученных по закону г tg 33 = const лопаток осевой решетки РК приводит к принципиально иной картине течения (рис. 4.4). Угол 32 увеличивается от корня к периферии решетки, соответственно увеличивается доля расхода через высокоэкономичную прикорневую область проточной части, что является одной из причин более высокого к. п. д. Вместе с тем в периферийной зоне, охватывающей приблизительно от V3 до V4 высоты лопатки, наблюдается резкое уменьшение расходной составляющей скорости и угла «2. Вблизи внешнего меридионального обвода эти величины возрастают. Резко растет также угол у. Такое распределение основных параметров потока на выходе ступени является следствием срывных явлений в области поворота потока из радиального направления в осевое. Принципиальная картина течения за РК при наличии срывов (обратного течения) потока, близкая к вышерассмотренной, установлена Норншильдом [113].

При уменьшении зазоров до значений бх = 0,02 и бг = 0,0044 структура потока в той же ступени качественно меняется (см. рис. 4.3). Явления, свидетельствующие о наличии отрывов, исчезают, эпюры распределения расхода и расходной составляющей скорости становятся плавными. Степень реактивности увеличивается до расчетного значения. Рост к. п. д. происходит главным образом за счет улучшения условий работы периферийной зоны (к. п. д. возрастает до 70 %), а также из-за благоприятного перераспределения расхода по высоте проточной части, когда большая часть расхода проходит через высокоэкономичные прикорневые сечения. Провалы эпюры расхода G и скоростей Ас 22 отсутствуют, что говорит о локализации срывных явлений внутри рабочего колеса. Некоторое увеличение G и ^C2z у периферии проточной части объясняется в данном случае недостаточной отклоняющей способностью решетки осевых лопаток, выполненных незакрученными с углом 32 = 162,5°. В периферийной части решетки поток выходит из РК со значительно меньшим углом (р\ да 145°).

стремительной ступени приводит к снижению влияния потерь в РК. и закрутки потока на выходе из ступени на уровень ее к. п. д. Это происходит потому, что значительная доля теплоперепада срабатывается за счет кориолисовых сил и относительная скорость газа в РК невелика. При уменьшении коэффициента радиальности указанный эффект проявляется сильнее. На рис. 4.19 приведена расчетная зависимость между v) и \и, соответствующая постоянному уровню окружного к. п. д. Видно, что значительное уменьшение хз при одновременном снижении i не вызывает уменьшения экономичности. Снижение величин угла оса и расходной составляющей скорости на выходе из РК ведет к усилению этой закономерности. Потери в РК РОС остаются неизменными вдоль кривых, изображенных на рис. 4.19, несмотря на изменение vx

В кольцевом цилиндрическом пространстве за решеткой НЛ по мере удаления от ее выходных кромок кривизна меридиональных линий тока снижается, радиальные составляющие скорости стремятся к нулю, а сниженный в сечении выходных кромок радиальный градиент давления увеличивается. При этом, если пренебречь вязкостью рабочего тела, следует считать неизменным вдоль линии тока момент скорости сиг. Так как относительное изменение радиуса линии тока невелико, мало будет меняться и величина си. Изменение же расходной составляющей скорости, вызванное снижением давления у корня решетки и ростом его у периферии, оказывается существенным.

Пространственная перестройка потока в осевом зазоре сказывается на условиях обтекания лопаток РК и на к. п. д. ступеней с ТННЛ. С увеличением зазора 6г к. п. д. снижается (рис. XII.8). Вместе с тем, учитывая весьма существенную раскрутку потока в осевом зазоре ступени со сниженным градиентом степени реактивности (см. рис. XII.5 и XII.6), можно было бы ожидать более резкого падения к. п. д. с ростом осевого зазора. Этого, однако, не происходит вследствие одновременного изменения в распределении расходной составляющей скорости Ciz, которая увеличивается у корня и уменьшается у периферии ступени. Даже при относительно больших осевых зазорах при входе потока на РК возникают умеренные углы атаки, отрицательные у корня и положительные у периферии.

При постоянном расходе охладителя плотность объемного тепловыделения постепенно повышается и на внешней поверхности образца наблюдается изменение структуры потока начиная от однофазного истечения жидкости, затем появляются сначала отдельные, а затем - цепочки мельчайших газопаровых пузырьков. Далее жидкость на поверхности закипает и постепенно увеличивается расходное паросодержание потока до полного его испарения и высыхания внешней поверхности. При этом картина истечения охладителя на всех стадиях аналогична изложенной ранее для адиабатного потока. Но здесь получены подробные данные также и для завершающей стадии, когда жидкостная пленка утоньшается и переходит в темную влажную поверхность с небольшими пенными скоплениями тонкой структуры. Последние образуются из жидкостной микропленки, выносимой паровыми микроструями из поровых каналов. Насыщенность пористой структуры жидкостью уменьшается,и после этого внешняя поверхность высыхает и светлеет.

Объемное расходное паросодержание р — объемная доля рас-ХОДЗ пара В потоке пароводяной смеси при (оц = шв:

Объемное расходное паросодержание (J — объемная доля расхода пара в потоке пароводяной смеси при соп = юв:

Основными расходными параметрами двухфазного потока являются приведенная скорость жидкости о>
Объемное расходное паросодержание может быть определено также по формуле

На рисунке приведена также кривая р=/ (х). Так как объемное расходное паросодержание р связано с относительной энтальпией х зависимостью

После того как определена скорость циркуляции, легко установить массовое расходное паросодержание на выходе из испаритель-

При этом значении м/'орасч расходное паросодержание

й;о.расч==('аУок)'/2=9,88/2=4,94 м/с. При этом значении w"0p&c4 расходное паросодержание

На выходе из второго обогреваемого участка скорость смеси wCM.K = w0+w"OK (1— р"/р') =0,5+3,167(1— 30,85/758) =3,538 м/с, а объемное расходное паросодержание $K = W"OK/WCM.K = 3,1 67/3,538 = = 0,895.

Тогда объемное расходное паросодержание в них составит