- •Введение
- •Понятие лопаточной машины и основные схемы течения рабочего тела в проточной части
- •1.1. Понятие лопаточной машины
- •1.2. Классификация лопаточных машин
- •1.3. Основные требования к лопаточным машинам
- •1 Лекция 2.4. Обозначения направлений, плоскостей, скоростей в лм
- •1.5. Принцип действия лопаточных машин
- •1.6.2. Двумерная схема течения рабочего тела в лм
- •1.6.3. Трёхмерная схема течения рабочего тела в лм
- •1.6. Схемы течения рабочего тела в лм
- •1.6.1. Одномерная схема течения рабочего тела в лм
- •2 Лекция 3. Основные уравнения, описывающие движение рабочего тела в лм
- •2.1. Уравнение неразрывности
- •2.2. Уравнение сохранения энергии в механической форме в абсолютном движении
- •2 Лекция 4.3. Уравнение сохранения энергии в тепловой форме в абсолютном движении
- •2.4. Уравнение сохранения энергии в механической форме в относительном движении
- •2.5. Уравнение сохранения энергии в тепловой форме в относительном движении
- •§ 2.6. Уравнение количества движения
- •§2.7. Уравнение моментов количества движения
- •2.8. Пример использования уравнения моментов количества движения
2 Лекция 3. Основные уравнения, описывающие движение рабочего тела в лм
2.1. Уравнение неразрывности
Выделим некоторый контрольный объём рабочего тела в проточной части лопаточной машины. Считаем, что поток стационарен.

Рис. 2.1.
Разобьём
поток на элементарные струйки, всего
элементарных струй. Рассмотрим одну
элементарную струйку.
–площадь
поперечного сечения элементарной струи
на входе и выходе рассматриваемого
объёма;
–плотности
рабочего тела на входе и на выходе.
–нормали
к F1,
F2.
Поток
набегает на F1
под некоторым углом к n1.
Проекция вектора скорости с1
на
n1
- с1n,
скорости с2
на n2
– с2n.
Поскольку течение потока стационарно,
то расход на выходе равен расходу на
входе:
.
Поскольку
и
,
то
Это равенство справедливо для всех струй:
![]()
![]()
. . .
![]()
Сложим
все эти равенства почленно:
![]()
От
конечно малых площадей перейдём к
бесконечно малым:
![]()
![]()
Может ещё осуществляться боковой подвод и боковой отвод рабочего тела через боковые поверхности контролируемого объёма рабочего тела в проточной части ЛМ.
![]()
Эта формула читается так: расход на выходе из рассматриваемого элемента ЛМ равен расходу на входе с учётом подвода и отвода рабочего тела через боковые поверхности.
Это уравнение рассматривается как для сжимаемого рабочего тела ( - var), так и для несжимаемого рабочего тела ( - const).
Запись уравнения неразрывности для сжимаемого рабочего тела с помощью ГДФ q()
Из МЖГ известно:
.
Здесь
,
,
![]()
Для
элементарной струи G2
= G1:
=![]()
Запишем аналогичные уравнения для всех zэл струй, сложим их между собой, затем устремим F1, F2 к нулю и перейдём к интегралам, с учётом бокового подвода и отвода получим:
![]()
Пример 1. Используем уравнение неразрывности для одномерной схемы осевой турбины.
|
Рис. 2.3. |
GТ = GГ, сТ.Т.FТ = сГ.Г.FГ В турбинах сТ сГ, следовательно Т.FТ = Г.FГ. Поскольку Т < Г, то FТ > FГ.
|
2.2. Уравнение сохранения энергии в механической форме в абсолютном движении
Рассмотрим некоторую частицу А в непосредственной близости от пера лопатки рабочего колеса:
|
Рис. 2.4. |
с - абсолютная скорость частицы; S’ – траектория частицы; dm – масса частицы. Определим направления: n – нормаль к S в точке А; s – касательная к S’ в точке А. На
векторах
s,
n
достроим правую связку координат,
назовём третью координату
|
В
координатах
построим
бесконечно малый параллелепипед с
геометрическим центром в точке А и
массой
![]()
|
Рис. 2.5. |
Силы, действующие на частицу: dP - сила давления dT - сила трения, направлена по касательной к S dR - сила, с которой лопатка воздействует на частицу. По второму закону Ньютона:
|
Спроецируем это уравнение на ось Аs, перейдём к скалярным величинам.
![]()
Перейдём к удельным величинам, т.е. разделим обе части уравнения на dm.
![]()
dRS’ – удельная сила, с которой лопатки воздействует на рабочее тело;
dT’ – удельная сила трения;
-
удельная сила давления.
![]()
Если удельную силу умножить на элементарный путь ds, то получим удельную работу
dRS’.ds = dLМЕХ
dT’.ds = dLr – удельная работа трения
-
работа по изменению давления, т.е. работа
по расширению, которая совершает сама
частица.
![]()
(1)
Это уравнение сохранения энергии в механической форме в абсолютном движении в дифференциальном виде. Механическая работа идёт на работу по изменению сил давления, на изменение кинетической энергии потока и на работу по преодолению сил трения.
Теперь рассмотрим движение частицы на конечном участке пути от входа (1) до выхода (2)
(2)
Получили уравнение сохранения энергии в механической форме в абсолютном движении в интегральном виде.
Пример 1. Изобразите схему потока в элементарной ступени осевой турбины и напишите для этой схемы уравнение энергии в механической форме.
Пример 2. Изобразите схему потока в элементарной рабочей решетке центробежного компрессора и напишите для этой схемы уравнение энергии в механической форме в абсолютном движении.
|
Рис. 2.6 |
|




