Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Разработка экспериментально обоснованных методов разрушения эрозионно-опасной крупной влаги в направляющих решетках турбомашин Хомяков Сергей Викторович

Разработка экспериментально обоснованных методов разрушения эрозионно-опасной крупной влаги в направляющих решетках турбомашин
<
Разработка экспериментально обоснованных методов разрушения эрозионно-опасной крупной влаги в направляющих решетках турбомашин Разработка экспериментально обоснованных методов разрушения эрозионно-опасной крупной влаги в направляющих решетках турбомашин Разработка экспериментально обоснованных методов разрушения эрозионно-опасной крупной влаги в направляющих решетках турбомашин Разработка экспериментально обоснованных методов разрушения эрозионно-опасной крупной влаги в направляющих решетках турбомашин Разработка экспериментально обоснованных методов разрушения эрозионно-опасной крупной влаги в направляющих решетках турбомашин Разработка экспериментально обоснованных методов разрушения эрозионно-опасной крупной влаги в направляющих решетках турбомашин Разработка экспериментально обоснованных методов разрушения эрозионно-опасной крупной влаги в направляющих решетках турбомашин Разработка экспериментально обоснованных методов разрушения эрозионно-опасной крупной влаги в направляющих решетках турбомашин Разработка экспериментально обоснованных методов разрушения эрозионно-опасной крупной влаги в направляющих решетках турбомашин Разработка экспериментально обоснованных методов разрушения эрозионно-опасной крупной влаги в направляющих решетках турбомашин Разработка экспериментально обоснованных методов разрушения эрозионно-опасной крупной влаги в направляющих решетках турбомашин Разработка экспериментально обоснованных методов разрушения эрозионно-опасной крупной влаги в направляющих решетках турбомашин Разработка экспериментально обоснованных методов разрушения эрозионно-опасной крупной влаги в направляющих решетках турбомашин Разработка экспериментально обоснованных методов разрушения эрозионно-опасной крупной влаги в направляющих решетках турбомашин Разработка экспериментально обоснованных методов разрушения эрозионно-опасной крупной влаги в направляющих решетках турбомашин
>

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Хомяков Сергей Викторович. Разработка экспериментально обоснованных методов разрушения эрозионно-опасной крупной влаги в направляющих решетках турбомашин: диссертация ... кандидата : 05.04.12 / Хомяков Сергей Викторович;[Место защиты: ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский университет «МЭИ»], 2016

Содержание к диссертации

Введение

Глава 1. Обзор литературных данных 8

1.1. Влияние влажности на рабочие поверхности последних ступеней паровых турбин 8

1.2. Структура капельного потока в последних ступенях турбин 11

1.3. Структура капельной среды за сопловыми решетками турбины 18

1.4. Влияние начальных и режимных параметров двухфазного потока на характеристики жидкой фазы за сопловой решеткой турбины

1.7. Методы борьбы с эрозионным воздействием крупной влаги 29

1.8. Постановка задачи на исследование 40

Глава 2. Экспериментальный стенд, объект исследования и методика проведения эксперимента 43

2.1. Экспериментальный стенд 43

2.2. Система пневмометрических измерений 48

2.3. Система лазерной диагностики потоков «ПОЛИС» 49

2.5. Особенности расчетной модели и расчетной области в программе Fluent 61

2.6. Оценка погрешностей измерений 65

Глава 3. Влияние относительного давления вдуваемого пара на характеристики влажно-парового потока за сопловой решеткой 68

3.1. Влияние относительного давления вдуваемого пара на профильные потери кинетической энергии потока 71

3.2. Влияние относительного давления вдуваемого пара на кинематические характеристики жидкой фазы за решеткой з

3.3. Влияние относительного давления вдуваемого пара на дисперсный состав жидкой фазы за решеткой 88

Глава 4. Влияние температуры вдуваемого пара на характеристики влажно парового потока за сопловой решеткой 92

4.1 Влияние температуры вдува греющего пара на процессы теплообмена между внутренней полость лопатки и основным потоком 95

4.2. Влияние температуры вдува греющего пара на скоростные характеристики жидкой фазы за решеткой 103

4.3. Влияние температуры вдува греющего пара на область распространения крупных капель за решеткой 111

4.4. Влияние температуры вдува греющего пара на направление движения частиц жидкой фазы за решеткой 113

4.5. Влияние температуры вдуваемого пара на дисперсный состав эрозионно-опасных капель 120

Выводы по работе 123

Список используемой литературы

Введение к работе

Актуальность работы

Потери энергии от влажности, эрозия рабочих поверхностей проточной части ступеней и отсеков турбин, работающих в области влажного пара, приводят к росту эксплуатационных издержек при производстве электроэнергии, которые увеличиваются с ростом единичной мощности турбоагрегата. Длительное воздействие влаги, в первую очередь крупнодисперсной, может приводить к размывам и опасному повреждению деталей паровых турбин, в результате чего снижается не только надежность, но и экономичность турбоустановки.

В настоящее время, для уменьшения отрицательных эффектов,
вызванных наличием дискретной фазы в проточных частях турбомашин,
применяются различные технические решения, направленные на снижение
влажности и уменьшение доли крупнодисперсной влаги в потоке. В паровых
турбинах для удаления основного источника крупнодисперсной влаги –
жидкой пленки на обтекаемой поверхности лопаток применяют

внутриканальную сепарацию, которая, как показывает практика, не всегда оказывается эффективной. Поэтому разработка и исследование новых технических решений, применимых для снижения отрицательного воздействия крупнодисперсной влаги, особенно при больших скоростях потока, является актуальной задачей.

С появлением современных методов определения характеристик жидкой фазы в двухфазных потоках, в частности лазерной диагностики, не вносящей искажений в изучаемую среду, появилась возможность проводить более детальные исследования систем применяемых для борьбы с негативным влиянием влажности в проточных частях турбин и получать экспериментально обоснованные рекомендации по их совершенствованию.

В диссертации представлены результаты расчетно-экспериментального исследования влияния вдува активной струи пара, направленной вдоль

обтекаемой поверхности профиля, на характеристики жидкой фазы и профильные потери энергии в решетке.

Работа выполнена в лаборатории оптико-физических исследований кафедры паровых и газовых турбин ФГБОУ ВО «НИУ «МЭИ».

Цель работы: Экспериментальное определение эффективности применения внутриканального вдува греющего пара, как метода борьбы с эрозионно-опасной крупной влагой в направляющих решетках турбомашин, при различных начальных и режимных параметрах влажно-парового потока.

Объект исследования: Плоский пакет влажно-паровых профилей сопловой лопатки, с щелью для вдува греющего пара, расположенной на вогнутой поверхности.

Основные задачи работы:

  1. На модели сопловой решетки в условиях полидисперсного двухфазного потока провести экспериментальное исследование влияния вдува пара вдоль обтекаемой поверхности профиля на уменьшение доли крупнодисперсной влаги в потоке пара и профильные потери. На основе полученных результатов сделать вывод о целесообразности применения этого метода.

  2. Получить результаты экспериментов по влиянию давления и температуры пара в камере вдува на профильные потери и характеристики жидкой фазы за сопловой решеткой при начальных влажностях и скоростях парового потока, характерных для ступеней выхлопных отсеков паровых турбин.

  3. Сформулировать рекомендации по выбору режимных параметров вдува греющего пара для его работы с максимальной эффективностью в проточных частях паровых турбин.

Научная новизна работы:

1. Разработана и реализована методика экспериментального

исследования влияния вдува пара на характеристики сопловой решетки с применением системы лазерной диагностики «ПОЛИС», которая позволяет

определять параметры жидкой фазы за решеткой, не внося искажений в поток.

2. Впервые проведено комплексное исследование и получены экспериментальные данные по влиянию давления и температуры вдуваемого пара на профильные потери и характеристики капельного потока за изолированной сопловой решеткой при значениях скорости и начальной влажности основного потока, характерных для направляющих решеток последних ступеней мощных паровых турбин.

Практическая ценность проведенных исследований:

Результаты, полученные в данной работе, позволяют рекомендовать применение вдува пара вдоль обтекаемой поверхности профиля, для уменьшения концентрации эрозионно-опасной влаги в проточной части паровых турбин и выбрать экспериментально обоснованные параметры необходимые для проектирования подобных систем.

Достоверность и обоснованность полученных результатов обусловлена методикой проведения эксперимента, разработанной на основе имеющегося опыта аналогичных исследований и измерений параметров влажного и перегретого пара, выбором параметров потока и режимных параметров максимально приближенных к условиям работы последних ступеней паровых турбин, а также использованием тарированных приборов и верифицированных методик измерения параметров потока.

Апробация работы:

Основные результаты настоящей работы докладывались на следующих научно-технических конференциях, симпозиумах и семинарах:

Международные научно-технические конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» (Москва 2011, 2013, 2014, 2015 гг.);

Конференция молодых специалистов инженерно-технических служб ОАО «СИЛОВЫЕ МАШИНЫ». ОАО «Силовые машины». Санкт-Петербург (2012, 2014 гг.);

ASME TURBO EXPO 2014. CCD Congress Center, Dsseldorf. Germany June 16-20, 2014.

11th European Conference on Turbomachinery - Fluid Dynamics and Thermodynamics. Madrid, 2015.

Газодинамический семинар кафедры Паровых и газовых турбин НИУ «МЭИ», май 2016 г.

Заседание кафедры Паровых и газовых турбин, НИУ «МЭИ» 2016 г.

На защиту выносится:

  1. Методика применения системы лазерной диагностики и метода PIV, адаптированных к исследованию течения влажно-парового потока, в сопловой решетке с применением вдува пара на вогнутой поверхности профиля.

  2. Результаты экспериментальных исследований влияния давления вдуваемого пара на характеристики и структуру влажно-парового потока в широком диапазоне начальных и режимных параметров.

  3. Результаты экспериментальных исследований влияния температуры вдуваемого пара при постоянном давлении в камере вдува на характеристики и структуру влажно-парового потока в широком диапазоне начальных и режимных параметров.

Публикации:

По результатам диссертационной работы было опубликовано 8 печатных трудов, в том числе 4 статьи в журналах, входящих в перечень ВАК РФ, а также 4 доклада на научно-технических конференциях.

Структура и объём диссертации.

Диссертационная работа состоит из введения, четырх глав, выводов по проделанной работе и списка литературы. Работа изложена на 131 странице машинописного текста, содержит 88 рисунков, 6 таблиц и список литературы из 74 наименований.

Структура капельной среды за сопловыми решетками турбины

Как видно из представленных графиков, структура капельного потока за сопловой решеткой сугубо неоднородна. Однако наиболее крупные капли образуются при сходе и дроблении водяной плёнки с выходной кромки профиля. На рисунке 1.12 представлены аналогичные распределения вдоль всего шага, но при различных значениях относительного шага. При уменьшении относительного шага решетки основным источником крупнодисперсной влаги остаётся кромочный след, так как отраженные и проходящие без контакта с поверхностью потоки влаги будут осаждаться на вогнутой поверхности, образуя водяную плёнку.

Также существенное влияние на распределение спектральных характеристик капельного потока за решеткой оказывает угол установки и угол поворота потока [19]. При увеличении угла установки снижается экранирующая способность вогнутой поверхности, увеличивается диффузорная область в районе спинки, что приводит к интенсификации срыва плёнки с выпуклой поверхности, и как следствие к образованию дополнительного источника крупных капель.

Исходя из представленных результатов исследований можно сделать вывод о том, что процесс образования крупной эрозионно-опасной влаги существенно зависит от геометрических характеристик канала. Эффективность метода борьбы с эрозионным воздействием капель жидкости на рабочие поверхности ступеней, работающих в области влажного пара, существенно зависит от вышеперечисленных характеристик.

Помимо геометрических характеристик существенное влияние на структуру капельного потока за сопловой решеткой оказывает начальная влажность 0, а также режимные параметры потока: число Рейнольдса на входе в решетку Re±, теоретическое число Маха Mlt, отношение плотностей фаз р. На рисунке 1.13 представлены распределения диаметров капель в зависимости от вышеперечисленных параметров. При увеличении начальной влажности у0 (рисунок 1.13, а) характер распределения остается практически неизменным, однако диаметры существенно увеличиваются. Толщины плёнок, образующихся на поверхностях лопаток, увеличиваются, а вместе с ними растут и диаметры капель образовавшихся вследствие схода и дробления жидкости с выходных кромок и срыва крупных капель с волновой поверхности плёнок жидкости. При изменении числа Маха и Рейнольдса (рисунок 1.13, б, в) меняются градиенты давлений и скоростей в межлопаточных каналах, структура пограничного слоя, а также условия срыва и уноса капель с поверхности плёнки [19]. Также стоит отметить, что с увеличением скорости потока интенсифицируются процессы дробления капель за решеткой.

Одной из важных характеристик движения дискретной фазы в потоке является коэффициент скольжения v = ск — сп (где ск - скорость капель; сп-скорость паровой фазы). Данная величина, помимо изменения скорости жидкой фазы, «отслеживает» изменение дисперсного состава крупнодисперсной влаги -крупные капли, которые более инертные, имеют заниженные значения v, в то время как частицы малых диаметров сильнее увлекаются основным потоком и разгоняются заметно быстрее [58]. Следовательно прослеживается прямая зависимость между дисперсным составом капельного потока и его скоростными характеристиками. На рисунке 1.14 [58] представлены распределения коэффициентов скольжения по шагу за решеткой в зависимости от значения различных начальных и режимных параметров потока. При увеличении теоретического числа Маха (см. рисунок 1.14, а) коэффициент скольжения в ядре падает, а в районе кромочного следа, где концентрация эрозионно-опасных крупных капель максимальна, заметно возрастает за счет интенсификации процессов дробления. При увеличении начальной влажности (рисунок 1.14, б) значения по всему шагу снижается вследствие увеличения количества крупных капель. С ростом числа 1 скорость капель увеличивается по всему шагу, так как данный параметр изменялся путём увеличения начального давления, как и параметр (см. рисунок 1.14, б и г). Увеличение значения коэффициента скольжения обусловлено увеличением несущей способности основного потока, за счет увеличения его плотности. Стоит отметить, что при увеличении плотности основного потока, также интенсифицируются процессы дробления влаги.

Система лазерной диагностики потоков «ПОЛИС»

В результате обработки двух фотографий метод получает двухмерное мгновенное поле скоростей. Для достижения наиболее приемлемого результата в программном обеспечении «ActualFlow» предусмотрены всевозможные фильтры для уменьшения зашумленности изображения, а также некоторые алгоритмы постобработки. PIV метод широко используется для определения скоростных характеристик однофазных потоков путём добавления мелкодисперсных светоотражающих частиц, которые движутся по линиям тока основного потока. Однако до последнего времени данный метод не был реализован в двухфазных конденсирующихся потоках, в частности на влажном паре. Это связано с особенностями данной среды и сопряженными с ними проблемами: 1. Высокая температура 2. Наличие водяной плёнки на оптических стёклах 3. Интерференция лазерного ножа 4. Непрозрачность среды вследствие большой концентрации влаги на определенных участках экспериментального стенда. В работе [16] отмечено, что достоверность полученных результатов напрямую зависит от качества получаемых образов капель. Поэтому были предъявлены следующие требования к получаемым изображениям: 1. Засвеченные образы должны быть четко сфокусированными. 2. Расстояние, на которое перемещается капля, не должно превышать четверти элементарной области. 3. Изображение должно быть максимально очищено от негативных эффектов - чрезмерная засветка образа, расфокусировка, интерференция.

Для выполнения данных требований необходимо производить корректную настройку оборудования, входящего в систему лазерной диагностики:

Подбор правильного соотношения энергии, подаваемой на каждый импульс лазера, и количества света, поступающего на матрицу фиксирующего оборудования (камеры). Данное условие выполняется путём подбора необходимой энергии и степени открытия диафрагмы камеры. Вследствие некорректной настройки данного параметра возможно появление необрабатываемых образов, показанных на рисунке 2.9. Синхронизация камеры и лазера должна быть настроена таким образом, чтобы образы, засвеченные первым импульсом, не появлялись на втором кадре.

Максимально возможная минимальная толщина лазерного «ножа» и его перпендикулярность оси камеры.

Необходимо минимизировать негативное влияние наличия водяных пленок на поверхностях оптических стекол с целью получения качественных фотографий засвеченных лазером капель. Для этого использовалась эжекторная система сепарации водяной пленки, которая ранее была применена в [49].

Все вышеописанные мероприятия позволяют получить изображения приемлемого качества. Стоит отметить, что для каждого режима в данной работе производилось 600 сдвоенных фотографий, для набора достаточной статистики.

Помимо определения скоростных характеристик частиц жидкой фазы, кросскорреляционный метод PIV также использовался для оценки средних размеров капель в потоке. Для этого была применена методика, описанная в [12]. Кратко используемый подход представлен на рисунке 2.10.

Исходными данными являются: Полученное экспериментально статистически осредненное поле скоростей жидкой фазы.

По экспериментальным данным о полях скоростей жидкой фазы производится расчет траекторий характерных потоков крупно дисперсной влаги. Вдоль этих траекторий определяются параметры жидкой и паровой фаз.

Имея необходимые данные в каждой точке траектории, средний диаметр капель (dк) может быть определен из решения следующего уравнения: ±АкСкрп\сп - ск\(сп - ск) = ткак, (2.4) где Ак - площадь поперечного сечения капли (в плоскости, нормальной к направлению движения газа); Ск - коэффициент аэродинамического сопротивления капли; сп - скорость паровой фазы; ск - скорость жидкой фазы; тк - масса капли; рп - плотность пара. Данная методика апробирована и подтверждена в экспериментальных исследованиях, проведенных в [49], погрешность данного метода соответствует погрешности зонда инерционного осаждения. 2.4. Рабочая часть и исследуемый объект

На рисунке 2.11 представлена принципиальная схема съёмной рабочей части с установленным пакетом плоских сопловых лопаток. Режим течения определялся с помощью зонда давления полного торможения перед решеткой (8) и распределения статического давления по шагу за решеткой (3), а так же зондом температуры полного торможения (7). Лазерный нож(1), предназначенный для засветки трассеров (капель жидкости) заводился сбоку. Для определения величины профильных потерь, производилось траверсирование давления полного торможения зондом (2), установленным в среднем сечении исследуемого канала. Дифференциальным манометром (9) определялась разница давления полного торможения перед и за решеткой. Давление вдуваемого пара изменялось с помощью клапана (11), а его температура с помощью поверхностного теплообменника (4). Красным цветом схематично изображено оптическое стекло, устанавливаемое непосредственно в рабочую часть, для исследования потока методом лазерной диагностики. Для контроля параметров вдуваемого пара были использованы следующие элементы:

Влияние относительного давления вдуваемого пара на кинематические характеристики жидкой фазы за решеткой

На основе представленных распределений можно выделить описанные выше области движения капельных потоков. Коэффициенты скольжения мелкодисперсной влаги, движущейся вдоль линий тока паровой фазы, как показано в [56], лежат в диапазоне выше 0,8. Соответственно кромочный капельный след, в котором присутствуют преимущественно капли больших размеров, оказался несколько шире, чем паровой кромочный след (см. рисунок 3.15) и занимает область t=0,2 - 0,8 для режима без вдува.

С увеличением относительного давления вдуваемого пара до вд=0,85, а затем и до вд=0,76, происходит незначительное увеличение коэффициента скольжения в области t=0,3 - 0,5. Вместе с тем, наблюдается снижение v дискретной фазы со стороны вогнутой поверхности (f=0,5 - 0,1), что связано со сбросом водяной плёнки потоком вдуваемого пара с вогнутой поверхности профиля. При уменьшении относительного давления вдуваемого пара вд=0,65 и вд=0,6, структура следа становится двухпиковой. Отчетливо выделяются два минимума t=0,35 и t=0,65, а так же происходит значительный рост коэффициента скольжения, что может свидетельствовать об уменьшении концентрации крупных капель. Появление двух экстремумов на распределении коэффициентов скольжения полностью соответствует наблюдаемой картине на рисунке 3.9. Крупные капли формируются за счет схода с кромки пленки со стороны спинки лопатки (что соответствует минимуму при f=0,35), а также в области со стороны вогнутой поверхности ввиду разрушения пленки с помощью струи вдуваемого пара (что соответствует минимуму при f=0,65). При большем значении влажности (рисунок 3.13, б) тенденция к увеличению скорости капель в следе с увеличением давления вдуваемого пара сохраняется, однако структура следа остается однопиковой. Разрушение плёнки жидкости происходит вследствие воздействия на неё вдуваемого потока. Чем выше скорость вдуваемого потока, тем интенсивнее идет процесс разрушения и разгона капель жидкости.

При переходе на значение отношения плотностей фаз равное р=2645, картина движения частиц жидкой фазы качественно сохраняется (рисунок 3.14). Однако есть некоторые различия, обусловленные более высокой плотностью несущей среды, и как следствие, большим аэродинамическим воздействием на жидкую фазу. Возрастание коэффициентов скольжения при значении у0=3,2 % идет более интенсивно, так как интенсифицируются процессы дробления водяной плёнки сходящей с поверхности профиля по сравнению с р=3891.

Распределения коэффициентов скольжения в полной мере определяют изменения в кинематических характеристиках жидкой фазы за решеткой. Однако для полноты наблюдаемой картины на рисунке 3.15, в качестве примера, представлены изменения скоростей жидкой и паровой фаз для режима при р=2645, Mlt=0,7, у0=3,2 %. Как видно из данных распределений, с включением вдува и последующем увеличением давления вдуваемого пара (уменьшением значения вд), скорости паровой фазы практически не меняются (небольшое увеличение в области кромочного следа, порядка 20 м/с). В свою очередь, имеет место значительное увеличение скорости капель в области паро-капельного следа, за счет дробления плёнки и разгона образовавшихся капель вдуваемы паром. Рисунок 3.15. Распределение скоростей пара и капель по шагу за решеткой при р=2645, Mlt=0,7, у0=3,2 %.

На рисунке 3.16 представлены распределения коэффициентов скольжения, полученные при значении числа Маха Mlt=0,9 и отношении плотности фаз 75=3891.Тенденция к увеличению v с увеличением давления вдуваемого пара сохраняется. На режимах с Mlt=0,9 более отчетливо прослеживается влияние начальной влажности на характеристики жидкой фазы за решеткой. Так при у0=3,5 % минимальное значение коэффициента скольжения на режиме без вдува составляет около 0,52; при у0=7,5 % v=0,48.

При увеличении отношения плотности фаз (см. рисунок 3.17) характер течения сохраняется, но как и при Mlt=0,7, с увеличением давления вдуваемого пара возрастание коэффициента скольжения идет более интенсивно.

Влияние температуры вдува греющего пара на область распространения крупных капель за решеткой

В целом, картина воздействия вдува греющего пара на кинематические характеристики дискретной фазы за решеткой совпадает на всех представленных режимах, однако есть некоторые различия, связанные с механизмами оседания и дробления влаги при различных значениях р и Mlt. При больших значениях числа Mlt водяная плёнка, сходящая с выходной кромки лопатки, дробиться интенсивнее [32], а также происходит уменьшение толщины двухфазного пограничного слоя [61]. Стоит отметить важный результат, полученный в данных опытах. Уменьшение р приводит к сужению парокапельного следа, из-за увеличивающегося механического воздействия на капли со стороны основного потока. При увеличении Mlt поля скоростей дискретной фазы за решеткой выравниваются, что не противоречит имеющимся данным [19]. Так же отмечено, что с увеличением числа Mlt влияние увеличения температуры вдуваемого пара минимально.

Как отмечалось ранее, данные о распределении коэффициентов скольжения за сопловой решеткой могут нести качественную информацию о присутствии в потоке крупнодисперсных капель. Ввиду их инертности, коэффициенты скольжения подобных частиц жидкой фазы должны быть значительно меньше 0,8 [56]. Однако представленные в разделе 4.2 данные несут только общую информацию, так как в этом случае учитываются также и мелкодисперсные капли, которые привносят существенный вклад в итоговые осредненные значения распределения скоростей жидкой фазы.

Для выявления областей присутствия только крупных капель за исследуемой решеткой, полученные с помощью PIV метода мгновенные векторные поля были отфильтрованы по величине коэффициента скольжения, то есть был произведен отсев: искались те частицы жидкой фазы, коэффициент скольжения которых не превышал 0,6. Таким образом, получены векторные поля скоростей, характеризующие только крупнодисперсную влагу за решеткой.

На рисунке 4.19 представлены, в качестве примера, подобные векторные поля для режимов без вдува и со вдувом. На основе полученных данных были качественно получены области присутствия частиц жидкой фазы за исследуемой решеткой при различных значениях температуры вдуваемого пара (см. рисунок 4.20).

Из представленных данных видно, что при включении вдува греющего пара, область, в которой присутствуют крупные капли сокращается, особенно это хорошо заметно на рисунке 4.20, а со стороны выпуклой поверхности лопатки, где плёнка практически полностью испаряется, так как её толщина там наименьшая [26]. Происходит небольшое смещение области крупных капель в сторону ядра потока, что объясняется воздействием вдуваемого пара на влагу, срывающуюся с вогнутой стороны профиля. Наблюдается сужение области, занимаемой медленными крупнодисперсными каплями с ростом температуры вдуваемого пара. Визуально видно, что с ростом начальной влажности зона присутствия эрозионно-опасных капель расширяется.

Процессы теплообмена, отмеченные в разделе 4.1 имеют существенное влияние на формирование крупнодисперсных капель за решеткой. Плёнка, образовавшаяся на вогнутой поверхности, разрушается под действием вдуваемого пара, а так же не образуется на оставшемся участке лопатки. Есть предположение, что так же тут имеет место эффект «барботажа», т.е. выбрасывания мелких капель с поверхности лопатки при кипении на ней. Стоит отметить, что при достижении внутри камеры определенной температуры, поверхность лопатки становится несмачиваемой, так как реализуется режим плёночного кипения, и процессы оседания и взаимодействия капель с профильными поверхностями исследуемого объектом кардинально меняются.

Немаловажным фактором, определяющим процесс эрозионного износа рабочих лопаток последних ступеней турбомашин, является угол натекания частиц жидкой фазы на входные кромки профилей [51]. При этом мелкодисперсные капли движутся преимущественно по линиям тока основного потока, более крупные начинают двигаться с угловым рассогласованием Да, определяемым по формуле: Аа = ак - ап, (4.2) где ап угол выхода паровой фазы, ак - угол выхода капель жидкости. Следовательно, распределение рассогласования углов может служить косвенным критерием определения эффективности применяемого метода борьбы с эрозионно-опасной влагой. На рисунке 4.21 представлена данная зависимость для р=3891, Mlt=0,7, у0 = 1% одного из исследуемых режимов, полученная на расстоянии 0,1b за фронтом решетки. Как видно, распределения практически не зависят от температуры вдуваемого пара. Данные, полученные при других начальных параметрах потока, во избежание загромождения представляемых результатов, будут представлены характерными режимами (Вд=1 и вд=0,8 и максимальном значении ЛТП к для каждого режима).