Обтекание профиля и решетки профилей потоком идеального газа

 

Взаимодействие между потоком газа и профилем является силовым, т.е. возмущения, которые профиль вносит в поток, вызывают возникновение аэродинамических сил, приложенных к его поверхности (рис. 4.1).

 

Рис. 4.1. Взаимодействие потока с единичным профилем:

Р – аэродинамическая сила со стороны газа на профиль;

Р ′ – аэродинамическая сила со стороны профиля на газ

 

 

Согласно третьему закону Ньютона, сила Р, с которой поток действует на неподвижный профиль, равна силе Р ′ реакции профиля.

В случае, если профиль ориентирован к направлению скорости набегающего потока под некоторым углом атаки, то аэродинамическая сила имеет две составляющие: подъемную силу Р_а (направлена перпендикулярно направлению скорости W_∞) и силу лобового сопротивления Р_w.

При взаимодействии потока газа с вращающейся решеткой профилей, что имеет место, например, при вращении рабочего колеса осевого компрессора, профиль действует на газ с силой Р ′ (рис. 4.2). Проекция этой силы на направление вращения лопаточной решетки дает возможность определить мощность, необходимую для вращения рабочего колеса в компрессоре

, .

Рис. 4.2. Взаимодействие потока с решеткой профилей

Для определения аэродинамических сил необходимо знать форму обтекания профиля, т.е. распределение параметров газового потока (скоростей и давлений) вблизи поверхности профиля. Наиболее просто рассчитать форму обтекания профиля можно с помощью уравнений движения идеальной жидкости.

Возможно множество форм обтекания профилей (рис. 4.3), но только в том случае, когда точка схода В лежит на задней кромке (рис. 4.3в), профиль обтекается безотрывно с конечной скоростью в этой точке. В этом случае для расчета течения можно использовать теорию идеальной жидкости (постулат Н.Е. Жуковского - С.А. Чаплыгина о конечной величине скорости на задней кромке). В случаях, показанных на рис. 4.3 а, б, теория идеальной жидкости не применима, т.к. расчеты дают бесконечные значения скорости на задней кромке. Физически это означает срыв потока на лопатке ниже точки В [5, 6].

Рис. 4.3. Виды обтекания профиля идеальным газовым потоком