Повышение аэродинамической эффективности широкоугольных плоских диффузоров

Аннотация

В современных парогазовых установках при проектировании переходных патрубков от выходного диффузора газовой турбины к котлу-утилизатору требования компактности в ряде случаев являются определяющими, что приводит к использованию неоптимальных с точки зрения аэродинамики каналов, в том числе широкоугольных диффузоров, в которых реализуется течение с отрывом потока и резко неравномерным выходным полем скоростей. Подобный характер течения после переходного патрубка на входе в котел-утилизатор значительно ухудшает процесс теплообмена в первых по ходу трубных пучках котла. Среди аэродинамических методов воздействия на течение в диффузорах большой интерес представляют методы, позволяющие без дополнительных затрат энергии существенно повысить их эффективность. Широко распространен метод затягивания отрыва потока delaying flow separation при установке так называемых генераторов вихрей, представляющих собой плоские или профилированные пластины, устанавливаемые непосредственно на стенке диффузорного канала перпендикулярно к ней. При обтекании пластин вблизи стенки образуются вихри, увеличивающие интенсивность турбулентного обмена в пограничном слое и его устойчивость к отрыву. Приведены результаты экспериментального исследования способа снижения потерь энергии и выравнивания выходного поля скоростей в широкоугольных диффузорных каналах при помощи установки во входном сечении канала короткой пластины параллельно отклоняющейся стенке. При данной установке пластина является не только генератором вихрей, переносящих дополнительную энергию в пограничный слой, но и передает к стенке дополнительное количество движения за счет отклонения потока. Исследования проводили на аэродинамической трубе открытого типа при значениях безразмерной скорости на входе в диффузор не превышающих 0,3. Получены значения коэффициентов полных потерь энергии при перемещении пластины как вдоль, так и перпендикулярно отклоняющейся стенке диффузорного канала. Определено оптимальное местоположение пластины во входном сечении канала с точки зрения наибольшего снижения потерь энергии. Для отрывных и безотрывных режимов течения получены распределения скоростей в выходном сечении диффузора. Показано, что в случае реализации отрывных режимов в диффузоре установка пластины позволяет существенно снизить суммарные потери энергии, увеличить диффузорный эффект и выровнять поле скоростей в выходном сечении канала за счет частичной или полной ликвидации отрыва потока. При проведении экспериментов измеряли пульсации статического давления на отклоняющейся стенке в пяти сечениях по ее длине. Доказано, что для отрывных режимов при установке пластины во входном сечении уменьшается интенсивность пристеночного пульсационного движения, а, значит, и динамические нагрузки на стенки канала. Полученные результаты позволяют рекомендовать исследованный способ управления течением в широкоугольном диффузоре для реализации в переходных патрубках от газовой турбины к котлу-утилизатору парогазовой установки при их модернизациях и ремонтах для выравнивания поля скоростей на входе в котел-утилизатор и снижения потерь энергии и динамических нагрузок.