Задание граничных условий теплообмена на наружной и внутренней поверхности охлаждаемых лопаток

5.1 Изменение скорости и температуры в пограничном слое.
«Греющая» и «охлаждающая» температура

Рассмотрим самую простую модель обтекания лопатки потоком, в которой участок лопатки представляется как адиабатная стенка (рис. 5.1).

При натекании потока на лопатку формируется пограничный слой, толщина которого возрастает от входной кромки. При небольших скоростях потока вблизи входной кромки этот слой – ламинарный, и движение в нем происходит параллельно стенке.

Вследствие трения потока о стенку и трения между слоями (которое определяется вязкостью) скорость у стенки равна нулю, а в пределах пограничного слоя изменяется.

Из-за снижения скорости растет статическая температура потока. При идеальном торможении статическая температура газа у стенки равна температуре стенки и равна температуре торможения свободного потока:

, (5.1)

где W - скорость свободного потока;

С_р - удельная теплоемкость газа при постоянном давлении.

Однако в реальных условиях из-за градиента статической температуры в пограничном слое возникает тепловой поток, направленный в сторону убывания температуры:

. (5.2)

Поэтому часть тепла отводится из пограничного слоя в поток, и температура в пограничном слое снижается. Это явление называют восстановлением, а его влияние описывают коэффициентом восстановления r:

.

Для лопаток турбины r = 0,9±2%.

Эта температура адиабатной стенки при анализе теплового состояния лопаток рассматривается как греющая (охлаждающая) температура.

В реальных условиях тепло отводится с наружной поверхности внутрь лопатки, а с внутренних поверхностей – в охлаждающий воздух. Поэтому температура наружной поверхности меньше греющей температуры газа, а температура внутренней поверхности больше температуры охлаждающего воздуха.

Дата добавления: 2015-08-26