葉片流道中實(shí)際流動(dòng)的可見(jiàn)性研究二

信息來(lái)源：發(fā)布時(shí)間：2021-08-23閱讀：351

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(wèn)題的基本知識(shí)。他發(fā)現(xiàn),在旋轉(zhuǎn)流道中的相對(duì)流動(dòng)與在固定流道中的等剪切流動(dòng)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(dòng)可以在一個(gè)直的流道中產(chǎn)生,其中ー個(gè)壁沿一個(gè)方向運(yùn)動(dòng),面另一個(gè)壁則向另一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)。
H·賴(lài)夏特曾研究了這種形式的流動(dòng),對(duì)浸沒(méi)于流體中的轉(zhuǎn)動(dòng)帶所限定的空問(wèn)進(jìn)行了研究(圖33)。把這種流動(dòng)情況與圖32所示的一個(gè)直葉片葉輪的形流道內(nèi)所形成之相對(duì)渦流進(jìn)行比較以后,便可看出,這兩種形式的流動(dòng)基本上是相似的。這種形式流動(dòng)可見(jiàn)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(dòng)中,有一個(gè)明顯的分離點(diǎn)發(fā)生在平板前的下部,而且滯止點(diǎn)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(zhǎng)久以來(lái)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(lái)設(shè)計(jì)制造,所以除了發(fā)展完全基于試驗(yàn)研究的方法外,沒(méi)有其它的擇。

這可見(jiàn)性的傾究還使得一些問(wèn)題得到了證實(shí),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(kù)夏斯基只是作了理論分析而已。無(wú)論如何，下述的主要觀點(diǎn)看來(lái)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(shuō),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(huì)比固定的葉柵要好。應(yīng)用這一觀點(diǎn)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(méi)有完備的試驗(yàn)臺(tái)架測(cè)試條件,通風(fēng)機(jī)的理論發(fā)展工作看來(lái)是不可能的。因此,對(duì)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(yàn)設(shè)備是十分重要的。
由以上所述的試驗(yàn),有可能得到一個(gè)氣流分離的大致形狀。這些知識(shí)可為我們提供一個(gè)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(shí)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(duì)速度和絕對(duì)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(shí)的△C,比流道寬度α時(shí)的要小。由前述的減功系數(shù)計(jì)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(shuō),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(lái)計(jì)算減功系數(shù)的一種方法?？紤]到前向葉片和徑向葉片時(shí),在葉片非工作上有很大的死區(qū),所以用這種方法計(jì)估計(jì)理論壓力時(shí),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(yàn)確定。
準(zhǔn)確的出口速度三角形是出基爾頓的試驗(yàn)得出的。各個(gè)別數(shù)值是按轉(zhuǎn)矩和總的氣流量的測(cè)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(mǎn)時(shí)的實(shí)際角度。但是對(duì)于這個(gè)圖的說(shuō)明還是有益的,因?yàn)檠芯吭搱D使我們對(duì)有限片數(shù)的問(wèn)題有了一個(gè)清楚的了解(圖36)。在圖36的每一個(gè)圖中,均示出了無(wú)限多葉片時(shí)的出口速度方向以及額定流量時(shí)的點(diǎn),其中,葉片數(shù)為32的葉輪是一個(gè)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(duì)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(xiàn)。
在圖中只考慮了超過(guò)額定流量時(shí)的情況。

現(xiàn)在,可以清楚地看出以下的關(guān)系:
(1)各個(gè)實(shí)際出口相對(duì)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(jiǎn)單地得出一條規(guī)則:當(dāng)流量增加時(shí),理論壓力將減小。
由圖37得到: