Giáo trình phân tích các tổn thất của dòng khí khi chuyển động qua cánh động cơ phụ thuộc vào đặc tính hình học và chế độ dòng chảy p1 pps

- 85 -




CHặNG 4
CAẽC TỉN THT CUA DOèNG
KHI CHUYỉN ĩNG QUA CAẽNH


óứ xaùc õởnh õổồỹc caùc tọứn thỏỳt cuớa doỡng (hồi, khờ) khi chuyóứn õọỹng qua caùnh
ngổồỡi ta thổồỡng duỡng phổồng phaùp thổỷc nghióỷm, thọng thổồỡng duỡng ọỳng khờ õọỹng.
Nhổợng tọứn thỏỳt naỡy thổồỡng phuỷ thuọỹc vaỡo õỷc tờnh hỗnh hoỹc vaỡ chóỳ õọỹ doỡng chaớy.

4-1. ỷc tờnh kờch thổồùc hỗnh hoỹc cuớa daợy caùnh vaỡ chóỳ õọỹ doỡng chaớy
Trong tỏửng tuọỳc bin gọửm coù daợy ọỳng phun (caùnh hổồùng) vaỡ daợy caùnh õọỹng.
Daợy ọỳng phun laỡ tọứ hồỹp caùc caùnh quỷat bỏỳt õọỹng cuớa tỏửng tuọỳc bin õổồỹc lừp trón stato
(phỏửn tốnh) cuớa tuọỳc bin.
Daợy caùnh õọỹng laỡ tọứ hồỹp caùc caùnh quaỷt õọỹng cuớa tỏửng tuọỳc bin, õổồỹc lừ
p lón rọto tuọỳc
bin.
Tỏỳt caớ caùnh quaỷt cuớa daợy ọỳng phun õóửu coù daỷng prọfin giọỳng nhau vaỡ õổồỹc bọỳ trờ
caùch õóửu nhau. Tổồng tổỷ nhổ vỏỷy, caùnh õọỹng cuợng õổồỹc bọỳ trờ caùch õóửu nhau vaỡ coù
cuỡng mọỹt daỷng prọfin nhổ nhau.
4.1.1 ỷc tờnh kờch thổồùc hỗnh hoỹc.
ỷc tờnh hỗnh hoỹc cuớa caùc daợy
caùnh cuớa tỏửng doỹc truỷc õổồỹc bióứu
thở trón hỗnh 4-1:
b - Cung cuớa prọfin (cung caùnh):
khoaớng caùch giổợa nhổợng õióứm xa
nhỏỳt cuớa prọfin.

t - Bổồùc cuớa daợy caùnh - khoaớng
caùch giổợa caùc prọfin kóử nhau.
B - Chióửu rọỹng cuớa daợy caùnh:
khoaớng caùch theo õổồỡng thúng
goùc vồùi mỷt tióỳp giaùp daợy caùnh.
l - Chióửu cao hay chióửu daỡi caùnh
qua
ỷt.
d - ổồỡng kờnh trung bỗnh cuớa daợy
caùnh - õổồỡng kờnh cuớa voỡng troỡn
õi qua caùc õióứm chia õọi chióửu cao
caùnh quaỷt.
1x
2x
y
b
a
'
a
t

B
u
z
a
z

H
ỗnh 4.1. ỷc tờnh hỗnh hoỹc cuớa caùc daợy caùnh
Giỏo trỡnh phõn tớch cỏc tn tht ca dũng khớ

khi chuyn ng qua cỏnh ng c ph thuc
vo c tớnh hỡnh hc v ch dũng chy
- 86 -




- Bóử daỡy cuớa meùp ra caùnh quaỷt - õổồỡng kờnh cuớa voỡng nọỹi tióỳp giổợa caùc õổồỡng vióửn
cuớa prọfin ồớ gỏửn meùp ra.
a - Cọứ ( chióửu rọỹng cuớa raợnh) - kờch thổồùc beù nhỏỳt cuớa raợnh ồớ õỏửu ra khoới daợy caùnh.
Noù õổồỹc õo bũng õổồỡng kờnh cuớa voỡng troỡn nọỹi tióỳp trong raợnh.
e - ọỹ phun hồi - tyớ sọỳ cuớa õoaỷn cung coù ọỳng phun L trón toaỡn bọỹ chióửu daỡi cuớa voỡng
troỡn theo õổồỡng kờnh trung bỗnh cuớa daợy caùnh.
e =
d
L



1E
- goùc ra hổợu hióỷu ( õọỳi vồùi ọỳng phun caùnh hổồùng )

1E
= arc sin
1
1
t
a

Thọng sọỳ hỗnh hoỹc naỡy thổồỡng õổồỹc duỡng õóứ xaùc õởnh hổồùng cuớa doỡng sau daợy caùnh.

Thổồỡng thỗ caùc thọng sọỳ hỗnh hoỹc cuớa daợy caùnh ngổồỡi ta kyù hióỷu nhổ sau :
- ọỳi vồùi daợy ọỳng phun (caùnh hổồùng ): b
1
, t
1
, B
1
, l
1
, d
1
,
1
, a
1
,
1E

- ọỳi vồùi daợy caùnh õọỹng b
2
, t
2
, B
2
, l
2
, d
2
,
2

, ỏ
2
,
2E
= arcsin a
2
/t
2


y
,
y
laỡ goùc õỷt cuớa prọfin trong daợy caùnh - goùc giổợa giỏy cung b vaỡ tỏm cuớa daợy
caùnh.
Ngoaỡi ra caùc õỷc tờnh trón coỡn hay sổớ duỷng khaùi nióỷm vóử goùc cos (goùc hỗnh hoỹc) cuớa
meùp vaỡo prọfin (
0k
,
1k
) (Hỗnh 4.2 b), nghộa laỡ goùc nũm giổợa õổồỡng tióỳp tuyóỳn vồùi
õổồỡng tỏm cuớa prọfin ồớ õỏửu vaỡo daợy caùnh vaỡ phổồng cuớa tọỳc õọỹ voỡng. ổồỡng tỏm
cuớa prọfin laỡ õổồỡng bao gọửm nhổợng õióứm nũm caùch õổồỡng vióửn prọfin õóửu nhau ( =
-
k
goỹi laỡ goùc va). ọỳi vồùi ọỳng phun vaỡ caùnh õọỹng phaớn lổỷc thọng thổồỡng
0k
,
1k

gỏửn bũng 90
o
, õọỳi vồùi caùnh xung lổỷc beù hồn 90
o
rỏỳt nhióửu.
Cuỡng vồùi caùc õỷc tờnh hỗnh hoỹc tuyóỷt õọỳi ngổồỡi ta coỡn duỡng caùc thọng sọỳ hỗnh
hoỹc tổồng õọỳi cuớa caùc daợy caùnh:
Bổồùc tổồng õọỳi
t = t/b; chióửu cao tổồng õọỳi l = l/b; bóử daỡy tổồng õọỳi cuớa meùp
ra
= /O; õọỹ reớ quaỷt :

d
l
==


1

Sổỷ lión hóỷ giổợa õọỹ reợ quaỷt cuớa daợy caùnh vaỡ tyớ sọỳ cuớa õổồỡng kờnh trón chióửu daỡi
caùnh quaỷt ( = d/l) coù thóứ bióứu thở bũng õúng thổùc :

l
l

+
=

(4-1)
Dổỷa vaỡo caùc thọng sọỳ hỗnh hoỹc cho ta gheùp nhoùm caùc daợy caùnh õọửng daỷng coù
kờch thổồùc hỗnh hoỹc tuyóỷt õọỳi khaùc nhau.
Trong ngaỡnh chóỳ taỷo tuọỳc bin coù thóứ chia caùc daợy caùnh ra tổỡng loaỷi theo caùc
dỏỳu hióỷu khaùc nhau :
- 87 -




1) Daợy ọỳng phun vaỡ daợy caùnh õọỹng phaớn lổỷc ( hỗnh 4-2a)
2) Daợy caùnh õọỹng vaỡ caùnh hổồùng xung lổỷc ( hỗnh 4-2c)

Trong giồùi haỷn mọựi loaỷi ( 1 vaỡ 2 ) coù thóứ chia daợy caùnh ra mọỹt sọỳ nhoùm theo sọỳ
max M ồớ õỏửu vaỡo hoỷc õỏửu ra
- Nhoùm A - dổồùi ỏm ( M < M
*
; M 0,3 + 0,9 )
- Nhoùm - gỏửn ỏm (M
*
< M < 1,2)
- Nhoùm B - vổồỹt ỏm (1,1 < M < 1,3)
- Nhoùm P - to dỏửn ọỳng phun Lavan (M > 1,3 ữ1,5)
- Nhoùm (lổng gaợy) - phaỷm vi thay õọứi tọỳc õọỹ lồùn
Trong kyợ thuỏỷt ngổồỡi ta duỡng kyù hióỷu caùc daỷng caùnh nhổ sau :
o
y

B
b
x
Co
ok
1

1k
C1
a1
y
t1


k

r
W1
y
a
1
a2
am
b
2k
t2
x
W2
2
y
c)
1k
1
W1
b)
a)
B

Hỗnh: 4.2 Prọfin caùc daợy caùnh cuớa tỏửng tuọỳc bin
a) Daợy caùnh phaớn lổỷc nhoớ dỏửn
b) Sồ õọử xaùc õởnh goùc

ok
(

1k
)
c) Prọfin caùc daợy caùnh xung lổỷc
- 88 -




Chỉỵ cại dáưu C - äúng phun hay l P - cạnh âäüng ; chỉỵ säú - giạ trë trung bçnh ca gọc
vo (α
o
hay l β
1
) ; chỉỵ säú tiãúp theo - giạ trë trung bçnh ca gọc ra hỉỵu hiãûu (α
1E
hay
l β
1E
); chỉỵ cại cúi cng - loải präfin
Vê dủ: C - 90 - 12A nghéa l dy äúng phun dng cho täúc âäü dỉåïi ám våïi gọc ra vo
α

o
≈ 90
o
v gọc ra hỉỵu hiãûu α
1E
≈ 12
o
.
Khi thiãút kãú dy cạnh hay phán têch dng håi trong âọ cáưn sỉí dủng cạc
phỉång phạp tênh toạn l thuút cng nhỉ nghiãn cỉïu thỉûc nghiãûm. Ta tháúy ràòng, âàûc
tênh cạc dy cạnh khäng chè phủ thüc nhiãưu vo kêch thỉåïc hçnh hc m nọ phủ
thüc vo chãú âäü dng chy nỉỵa . Nhọm thäng säú chãú tảo bao gäưm α
o
, β
1
- gọc

vo
dy cạnh ca dng, C , W - täúc âäü åí âáưu vo hồûc âáưu ra khi dy äúng phun hay l
dy cạnh âäüng âọ gin nåí P
1
/P
o
; P
2
/P
1
säú max M
a
= C/a säú, Reynolds R

e
= Cb/ γ ; γ
âäü nhåït âäüng hc, x
a
= u /C
a
; x
1
= u/C
1
- täúc âäü vng tỉång âäúi ; u - täúc âäü vng ; C
a

- täúc âäü quy ỉåïc ; tỉång âỉång våïi nhiãût giạng l thuút trong táưng v .v
Chụ ràòng, nhỉỵng th thût hiãûn cọ âãø gii bàòng l thuút, cạc bi toạn trãn l
ráút âäư säü, täún nhiãưu cäng sỉïc v cng khäng tênh âỉåüc hãút mäüt säú úu täú khạc. Cho
nãn thỉåìng ngỉåìi ta trỉûc tiãúp dỉûa vo cạc kãút qu thê nghiãûm, trong âọ cọ tênh âãún
nh hỉåíng ca âäü nhåït v âäü chëu nẹn ca cháút lng. Bàòng thê nghiãûm cọ thãø xạc
âënh âỉåüc cạc âàûc tênh nàng lỉåüng v khê âäüng lỉûc hc.

4.1.2 Âàûc tênh khê âäüng hc ca dy cạnh
Cạc âàûc tênh khê âäüng lỉûc hc ráút cáư
n cho viãûc tênh toạn nhiãût cạc táưng túc
bin, m ch úu l hãû säú täøn tháút âäüng nàng, hãû säú täúc âäü, hãû säú lỉu lỉåüng v gọc ra
khi dy cạnh ca dng.
- Hãû säú täøn tháút âäüng nàng trong dy cạnh l t säú cạc täøn tháút nàng lỉåüng trong
dng trãn nàng lỉåüng l thuút ca dng trãn dy cạnh :
+ Âäúi våïi dy äúng phun :

1o

C
C
h
h
∆
=ζ (4-2)

+ Âäúi våïi dy cạnh âäüng
2o
1
L
h
h
∆
=ζ (4-3)
Hãû säú täøn tháút nàng lỉåüng ca dy cạnh phủ thüc vo cạc âàûc tênh hçnh hc v cạc
thäng säú chãú âäü dng ( säú M, säú R
e
, cạc gọc ca dng v .v ) ta s nghiãn cỉïu sau :
- Hãû säú täúc âäü âỉåüc xạc âënh theo cạc cäng thỉïc :
t1
1
C
C
=ϕ
;
t2
2
W
W

=ψ
Trong âọ : C
1
, W
2
, C
1t
, W
2t
- täúc âäü sau dy cạnh trong quạ trçnh thỉûc l thuút.
- 89 -




Nãúu täøn tháút nàng lỉåüng trong dy cạnh l bàòng hiãûu ca cạc âäüng nàng åí âáưu ra khi
dy cạnh trong dng chy l thuút v dng thỉûc, cn nàng lỉåüng l thuút l âäüng
nàng ca dng åí âáưu ra khi cạnh trong quạ trçnh âàóng enträpi thç :

2
2
t1
2
1
2
t2
c
1
2/C
2

/
C2
/
C
ϕ−=
−
=ζ
(4-2,a)
2
2
t1
2
1
2
t2
L
1
2/W
2
/
W
2
/
W
ψ−=
−
=ζ
(4-2,b)
Nhỉ váûy l khi biãút âỉåüc cạc âàûc tênh ca dy cạnh ζ
C

v ζ
L
thç cọ thãø tçm âỉåüc cạc
âàûc tênh khê âäüng khạc ϕ v ψ mäüt cạch dãù dng.
- Hãû säú lỉu lỉåüng ca dy cạnh l t säú ca lỉu lỉåüng thỉûc âi qua dy cạnh trãn lỉu
lỉåüng trng khäúi l thuút ca mäi cháút âi qua dy cạnh áúy.
µ = G / G
t
(4-3)
Lỉu lỉåüng thỉûc ca mäi cháút khạc våïi lỉu lỉåüng l thuút l do trỉåìng täúc âäü tải tiãút
diãûn ra ca dy cạnh khäng âäưng âãưu. Âọ l do cọ låïp biãn åí phêa läưi, phêa lm ca
cạnh quảt v trãn bãư màût mụt ca rnh cạnh, cng nhỉ do trỉåìng ạp sút khäng âãưu
tải tiãút diãûn ra ca rnh [ ạp sút åí vạch lỉng (läưi) bẹ hån ạp sút åí vạch bủng (lm)].
Khi xạc âënh lỉu lỉåüng l thuút â gi âënh ràòng, ạp sút tải tiãút diãûn ra giỉỵ khäng
âäøi v bàòng ạp sút sau dy cạnh. Âäúi våïi håi áøm, lỉu lỉåüng thỉûc khạc våïi lỉu lỉåüng
l thuút cng l do
nh hỉåíng ca quạ trçnh quạ lảnh, do cọ git nỉåïc trong dng.
Khi xạc âënh hãû säú lỉu lỉåüng ca dy cạnh cọ thãø dng l thuút låïp biãn âãø xạc âënh
lỉu lỉåüng thỉûc. Nhỉng thỉåìng thç hãû säú lỉu lỉåüng âỉåüc xạc âënh bàòng thỉûc nghiãûm
theo lỉu lỉåüng âo âỉåüc.
Hãû säú lỉu lỉåüng ca dy äúng phun v cạnh âäüng phủ thüc vo cạc âàûc tênh hçnh hc
v thäng säú chãú âäü.
- Gọc ra ca dng khi cạnh âäüng (
α
1
,
β
2
) gi l giạ trë trung bçnh ca cạc gọc âënh
hỉåïng ca vẹc tå täúc âäü thỉûc sau dy cạnh, Nhåì phỉång trçnh âäüng lỉåüng ta tiãún

hnh láúy trung bçnh theo bỉåïc t v theo chiãưu l.
Vê dủ: gọc ra khi dy äúng phun tçm âỉåüc theo cäng thỉïc :

dtdl
v
C
dtdl
v
C
sin
sin
t1
2
t1
)t()1(
)t(
t1
2
t1
1
)1(
1
∫∫
∫∫
α
=α (4-4)
Trong thỉûc tãú gọc ra khi dy cạnh thỉåìng âỉåüc xạc âënh bàòng thỉûc nghiãûm. Nãúu
khäng cọ nhỉỵng säú liãûu thê nghiãûm, âäúi våïi dy cạnh ca túc bin hiãûn âải cọ täúc âäü
dỉåïi ám, gọc ra thỉûc âỉåüc cháúp nháûn bàòng giạ trë ca gọc ra hỉỵu hiãûu.
+ Âäúi våïi dy äúng phun :