Поток рабочего тела в турбине

Поток рабочего тела взаимодействует с лопатками турбины. Энергетические преобразования в лопаточном аппарате сопровождаются изменением параметров рабочего тела, потерями энергии и утечками рабочего тела.

Состояние рабочей среды в рассматриваемой точке потока в конкретный момент времени характеризуется термодинамическими параметрами: давлением Р, температурой Т, удельным объемом v и плотностью, кроме того, скоростью в абсолютном движении c или в относительном w. Скорость потока характеризуется безразмерными значениями скорости: числом Маха М, приведенной скоростью λ и т.д. Первое из них есть отношение скорости (c или w) к местной скорости звука в данной точки газового потока:

или , (2 1)

где: (2.2)

Для идеального газа, подчиняющегося уравнению Клапейрона-Менделеева pv = RT, формула (2.2) принимает частную форму:

. (2.3)

Местная скорость звука a и число М меняются вдоль потока и различны в разных турбинах. В ускоряющемся потоке, например в соплах, скорость газа растет, температура и местная скорость звука уменьшаются, поэтому число М вдоль потока быстро увеличивается. В диффузорах - число М быстро падает. В турбинах возможны дозвуковые, околозвуковые и сверхзвуковые течения.

Приведенная скорость рабочего тела определяется как отношение скорости С к критической

, (2.4)

где или . (2.5)

Приведенная скорость изменяется в том же направлении, что и число М, но слабее, чем число М, ввиду стабильности Скр.

Все реальные потоки рабочего тела в турбинах, строго говоря, -пространственные трехмерные течения вязкого сжимаемого газа. В теории турбомашин пользуются упрощенными моделями, достаточно точными для решения определенного круга конкретных задач и обладающими преимуществами наглядности результатов (например, двухмерные модели - плоское, цилиндрическое и коническое течения).

На практике во многих случаях параметры газа изменяются в основном вдоль, оси потока и зависят от одной координаты. Такого рода задачи наглядно и достаточно точно решаются при помощи одномерной модели течения. Во многих случаях заведомо двухмерные или трехмерные течения бывает полезно рассмотреть в рамках одномерной модели, так как это позволяет выявить физическую сущность основных процессов и закономерностей и отвлечься от второстепенных факторов. Одномерные течения могут быть прямоосными и кривоосными. Одномерная модель течения порождает представления о струйном течении, состоящем из системы прямых и кривых струек, в которых картина течения повторяется.