葉片流道中實際流動的可見性研究二

信息來源：發(fā)布時間：2021-08-23閱讀：493

到目前為止,有關(guān)在旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)中邊界層的基本關(guān)系式我們還了解得很少。最近容克勞斯的研究給了我們了解這一問題的基本知識。他發(fā)現(xiàn),在旋轉(zhuǎn)流道中的相對流動與在固定流道中的等剪切流動相似的。并指出,在這兩種情況下的邊界層關(guān)系式也是一樣的。例如,這種流動可以在一個直的流道中產(chǎn)生,其中ー個壁沿一個方向運動,面另一個壁則向另一個方向運動。
H·賴夏特曾研究了這種形式的流動,對浸沒于流體中的轉(zhuǎn)動帶所限定的空問進(jìn)行了研究(圖33)。把這種流動情況與圖32所示的一個直葉片葉輪的形流道內(nèi)所形成之相對渦流進(jìn)行比較以后,便可看出,這兩種形式的流動基本上是相似的。這種形式流動可見性的研究出現(xiàn)了一些奇怪的現(xiàn)象。如出圖34所示,沿一塊平板的平行流動中,有一個明顯的分離點發(fā)生在平板前的下部,而且滯止點在氣流的中央。這就表明了在我們能夠精確掌握氣流經(jīng)離心葉輪的情況以前,還必須積累大景的資料,正如軸流式長久以來所做那樣。但是,通風(fēng)機(jī)制造者不可能等到這些資料完備了以后再來設(shè)計制造,所以除了發(fā)展完全基于試驗研究的方法外,沒有其它的擇。

這可見性的傾究還使得一些問題得到了證實,例如在葉片的非工作面上必然存在著氣流的分離。圖17中,所示的氣流分離,庫夏斯基只是作了理論分析而已。無論如何，下述的主要觀點看來是正確的:卻由于邊界受離心力的影響(這種影響的程度和葉片的形狀有關(guān)),將使邊界層沿徑向外移。這種現(xiàn)象使得氣流分離的程度城弱。所以可以說,旋轉(zhuǎn)擴(kuò)壓器要比固定擴(kuò)壓器好。這也可能是徑向片流道并不像人們所像那樣差的原因,正如擴(kuò)張得很劇烈的流道往往所表現(xiàn)的那樣。由于同樣的原因,旋轉(zhuǎn)的彎曲葉柵會比固定的葉柵要好。應(yīng)用這一觀點造成了各種不同的葉片形狀。
由于在旋轉(zhuǎn)流道中邊界層的特性很不確定,所以,沒有完備的試驗臺架測試條件,通風(fēng)機(jī)的理論發(fā)展工作看來是不可能的。因此,對于通風(fēng)機(jī)工作中具有嚴(yán)謹(jǐn)性的各方面工作,良好的試驗設(shè)備是十分重要的。
由以上所述的試驗,有可能得到一個氣流分離的大致形狀。這些知識可為我們提供一個近似估算減功系數(shù)的方法。假設(shè)死區(qū)的近似面積已知,則由圖35看出,該死區(qū)是葉片流道實際幾何寬度a與起作用的主氣流流道寬度a′間的差。由此導(dǎo)致的速度三角形變化示于圖35。從圖中看出,相對速度和絕對速度的角度均發(fā)生了相當(dāng)大的變化。與斯托多拉的推斷相符,流道寬度a′時的△C,比流道寬度α時的要小。由前述的減功系數(shù)計算便可以推斷,在葉片角相同的情況下,可以采用較窄的葉片。也就是說,葉片數(shù)將按Z=(a/a′)增加。所以,用z′=z(a/a′)取代公式(43)中的z,即得

ε=1/（1+（1.5+1.1β2/90）/（z(a/a′)（1-（r₁/r₂）²））

然這一公式只能是作為在已知a'的惜況下來計算減功系數(shù)的一種方法。考慮到前向葉片和徑向葉片時,在葉片非工作上有很大的死區(qū),所以用這種方法計估計理論壓力時,往往不可能得到如同后向葉片同樣的準(zhǔn)確性,所需的修正系數(shù)由試驗確定。
準(zhǔn)確的出口速度三角形是出基爾頓的試驗得出的。各個別數(shù)值是按轉(zhuǎn)矩和總的氣流量的測試得到的,c_m只表示其平均值。所以,這種表達(dá)法并不能真正代表圖35所示的那種只氣流部分充滿時的實際角度。但是對于這個圖的說明還是有益的,因為研究該圖使我們對有限片數(shù)的問題有了一個清楚的了解(圖36)。在圖36的每一個圖中,均示出了無限多葉片時的出口速度方向以及額定流量時的點,其中,葉片數(shù)為32的葉輪是一個特殊情況。在這種窄葉片流道中,摩擦似乎是反方向作用的,但對此至今未找到明顯的原因。由于這一現(xiàn)象而使得這種型式的葉輪具有非常不好的效率曲線。
在圖中只考慮了超過額定流量時的情況。

現(xiàn)在,可以清楚地看出以下的關(guān)系:
(1)各個實際出口相對速度的方向幾乎是重合的。
(2)減功系數(shù)隨流量的增加減小。
由(1),如果假設(shè)β2為常數(shù),則可以簡單地得出一條規(guī)則:當(dāng)流量增加時,理論壓力將減小。
由圖37得到: