Проблемы сверхзвуковых течений насыщенного и влажного пара

Проблемы сверхзвуковых течений насыщенного и влажного пара

Проблемы сверхзвуковых течений насыщенного и влажного пара в сопловых и рабочих решетках до настоящего времени практически не изучены. С учетом практической важности работ по совершенствованию методов профилирования и расчета последних ступеней мощных конденсационных турбин необходимость проведения экспериментальных исследований представляется очевидной.

Кроме того, предусмотрена возможность измерять распределение давлений в зоне отраженного скачка в первом ряду. Для исследования обтекания кромки в зависимости от числа Маха предусмотрено дискретное перемещение пластины вдоль сопла так, чтобы выходной срез пластины располагался в сечениях, соответствующих различным числам М.

Визуальные исследования структуры течения проводились в поле оптического прибора ИАБ-451; при этом боковые стенки сопла заменялись оптическими стеклами.

Распределение давлений по профилированной стенке сопла при различных начальных перегревах пара перед соплом представлено на рис. 1,6. При максимальном перегреве АT0—TQ—Tüs — =424-76 К (здесь Го, Tqs — температуры на входе и насыщения при начальном давлении) теоретическое значение числа Маха в сечении сопла х=0,65, соответствующем месту расположения кромочного среза, составляет Міт«1,58. В первичной и отраженной волнах разрежения число Маха увеличивается примерно до 1,79. За отраженным скачком 4 (см. рис. 1) число Маха снижается примерно до 1,37.

По мере снижения начального перегрева в указанных характерных областях числа М,т снижаются. Особенно заметное уменьшение М1Т обнаруживается на режимах со скачками конденсации в сопле Лаваля (режимы A70=0-~ 19 К). Так, при Д7о’=19 К в сечении х=0,65 число М,т снижается примерно от 1,58 до 1,43.

На рис. 3 представлены теплерограммы, полученные при различных начальных состояниях пара от перегретого (АГ0—78 К) до влажного (начальная влажность г/о=10%). Следует отметить, что верхняя стенка сопла (рис. 3) в зоне падения на нее скачка перфорирована для уменьшения интенсивности отраженного скачка и его влияния соответственно на скачок, отраженный от нижней стенки. Измерения распределения давлений вдоль сопла, а также интенсивности волн разрежения и скачков уплотнения проводились в области нижней неперфорированной стенки с тем, чтобы определить повышение давлений в системе внутреннего кромочного и отраженного скачков (скачки 3 и 4 на рис. 1).

На всех спектрах хорошо видны централизованные волны разрежения I, идущие от выходной кромки, а также адиабатические кромочные скачки 3 я 4, которые зарождаются в зоне, расположенной на расстоянии, примерно равном толщине выходной кромки, т. е. там, где происходит слияние сверхзвуковых потоков, сорвавшихся с верхней и нижней плоскостей пластины и повернувшихся навстречу друг другу в волне разрежения. Мощная волна разрежения свидетельствует о том, что давление в донной (кромочной) области существенно ниже, чем расчетное статическое давление на срезе сопла, что и было подтверждено соответствующими измерениями.

При уменьшении начального перегрева А70 (при снижении температуры на входе в сопло) происходит изменение спектра обтекания выходной кромки. При АТ0—78 К (рис. 3,а) скачок конденсации II почти сливается с адиабатическим скачком уплотнения 3. При уменьшении &Т0 до 63 К конденсационный скачок II отслаивается от адиабатического (рис. 3,6), При АГ0 — = 50 К (рис. 3,в) отчетливо видны два скачка, причем конденсационный скачок, падая на противоположную стенку сопла, отражается от нее скачком. Отраженный скачок является адиабатическим, так как природа скачка конденсации не позволяет говорить об отраженном скачке как о скачке конденсации. По мере дальнейшего снижения температуры до 42 К (рис. 3,г) максимальное переохлаждение уменьшается и конденсационный скачок смещается в направлении против потока, оставаясь в пределах волны разрежения; при этом отраженный скачок исчезает.