葉片流道中實際流動的可見性研究
如果一個設計者要按前面章節(jié)的計算,預先估算出結論壓力的降低,而且結果與試驗的數(shù)據(jù)相當吻合,那么他一定對葉片流道中的實際流動情況十分感興趣。只有掌握旋轉流道中摩擦影響的充分知識,才能夠有把握地提出一些改進效率的方法。
人們可能會問:當考慮摩擦時,無摩擦流動會怎樣變化?首先,很容易得知,流道中的相對渦流將因摩擦而減弱,這就會使理論壓力增加。在葉片數(shù)較多時,由于這時摩表面的増加而使得理論壓力還有可能增加。試驗指出,葉片數(shù)多的葉輪,其試驗數(shù)據(jù)比計算數(shù)據(jù)高得多。
有關進一步的影響就只是猜測,因為在研究旋轉流道中的流動時,所遇到的困難非常大。只有在有可能搞清楚葉片氣流的細節(jié)后,才有可能專門詳細地論述這方面的問題。鑒于試驗上的困難,當發(fā)現(xiàn)對這一重要問題只引起很少的重視時,也就不會感到驚異了。為了獲得資料,厄爾特利,菲舍爾,埃舍爾一維斯,格呂納格爾,施蒂斯,弗里奇,費特,以及普里和米款爾采用空氣和水作介質(zhì),進行了各種試驗。
一般的觀察氣流的方法缺點甚多,氣流的表面圖譜大都采用在氣流容器中噴射鋁粉的方法來獲得。但它的雷諾數(shù)太低,而且已部分地處于層流的范圍。各種用空氣的試驗表明,在氣流中放置固體或在流道中某處放置紙帶、毛織品的線或類似的物件時是能夠表現(xiàn)出所發(fā)生的流動情況的。使用這些物件時使我們能看得見氣流流線的方向。盧因斯基一凱塞利茨最近的試驗指出,這種方法存在著相當大的偏差,有時離正確氣流方向的角度達30°之多。所以,用這種法不能得到準確的資料,特別是要從這些資料中搞清楚某些效應時更是如此。作者的方法是利用一層薄薄的發(fā)亮氣休,這種方法盧因斯基-凱塞利茨也使用過。如果在氣體中混入煤灰微粒,則可以清楚地分辯氣體排出以前的各個軌跡。由于發(fā)亮的煤灰微粒非常的小,所以觀察到的煤灰微粒軌跡和空氣微團的軌跡沒有什么差別。
盧因斯基一凱塞利茨以空氣為介質(zhì),采用這種方法來研究離心泵的葉輪。在葉輪流道的各個地方引入了發(fā)亮的煤煙并拍了照片。這種方法得到了葉輪內(nèi)部真實的氣流流動的清晰照片,達到了迄今為止還未有過的準確性。
為使這些試驗進一步完善,又在氣流中放入探針來測量靜壓。根據(jù)現(xiàn)在已知葉片流道中的氣流方向就可以用皮托管來測量各個點上的全壓。這一試驗成果很值得重視。圖30示出了額定流量時的相對氣流。虛線所示的軌跡是按發(fā)亮煤煙影像畫出的。葉片出口的擾動是特別的。
葉片流道中的壓力分布令人十分驚奇(圖31):最小和最大的壓力不是發(fā)生在葉片的壁上,而是出現(xiàn)在流道的中央。最小的壓力幾乎集中于進口截面的中部,而最大壓力則是處于出口區(qū)域,葉片工作面略前一點的地區(qū)。葉片末端的壓力平衡可以清楚地看出。提高速度進行汽蝕試驗時,這·情況發(fā)生了變化,此時最低壓力區(qū)幾乎移到了進口端。
相對速度也很使人驚奇,因為它的最大值不是在進口處而幾乎是處于葉片非工作面的中點。而且中間流線的相對速度在整個流道中幾乎是不變的。
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