Особливості організації течії примежового шару в міждисковому просторі турбін Tesla

Анотація

Для забезпечення максимальної ефективності безлопаткових турбін типу Тесла важливо
забезпечити ламінарний режим течії в примежовому шарі, що виникає на поверхні дисків. В залежності від режиму течії, стану поверхонь дисків та геометрії міждискових щілин змінюється характер примежового шару. Важливо, щоб режим його течії зберігався ламінарним, а відстань між дисками повинна бути не більше здвоєної товщину примежового шару. Для визначення параметрів, які необхідні для забезпечення максимальної економічності пропонується використати експериментальні дослідження характеристик прикордонного шару при обтіканні турбінних лопаток, які були проведенні на аеродинамічному стенді, який забезпечував рівномірне поле швидкості спрямленого потоку з мінімальною турбулентністю (0,7 %) в діапазоні швидкостей до 0,33 Маха. В цих дослідженнях важливим було визначення місця перехідної зони течії в примежевому шарі, що дозволяє дослідити умови стійкого підтримання та характеристики саме ламінарної течії. Зона перехідної області визначалась в експериментах по характеру зміни дотичної напруги тертя. Отримані результати дозволили встановити необхідні розміри міждискових щілин та кращі з точки зору режиму течії значення критерію подібності Re. Для гладкої поверхні ламінарний характер течії в примежовому шарі зберігається ламінарним на відстані від початку поверхні до відносної координати x = 0,17 в досить широкому діапазоні числа Рейнольдса. Для шорсткої поверхні при Re=3,6∙105 протяжність зони з ламінарним примежовим шаром приблизно така ж як і для гладкої поверхні. Однак, при Re=7,4∙105 ламінарний характер течії закінчується дещо раніше – при x = 0,13 з дуже короткою перехідною зоною між ламінарним та турбулентним характером течії. Товщина примежового шару при ламінарному обтіканні гладкої поверхні становить 0,5…0,7 мм, а для шорсткої поверхні дещо більше – 0,7…0,8 мм. Тобто, для забезпечення високої економічності дискових турбін типу Тесла відстань між дисками повинна бути на рівні 1…1, 5 мм.