1. Zasada działania maszyny wirnikowej.

Istota działania maszyny wirnikowej sprowadza się do przekazywania energii między czynnikiem roboczym a organem roboczym maszyny, w wyniku czego energia czynnika (całkowita i właściwa) ulega zmianie (rożnie w sprężarce, maleje w turbinie).

2. Zalety i wady maszyn tłokowych i wirnikowych.

Zalety:

- teoria pary doskonałej pozwala rozszerzyć zakres stosowalności wielu metod obliczeniowych i wyników analiz (w szczególności termodynamiki i dynamiki gazów) uzyskanych przy wykorzystaniu pary doskonałej jako modelu własności czynnika roboczego (istotne w przypadku turbin parowych), który nie spełnia równania stanu gazu doskonałego i bezpośrednio wykorzystanie odpowiednich zależności nie jest istotne

- przejście od gazu doskonałego do pary idealnej wymaga jedynie zapisania równań w takiej postaci by wyeliminować temperature

Wady:

-stosowanie modelu pary doskonałej traci sens w przypadku procesów, w których wymiana ciepła odgrywa istotną rolę (entalpia nie określa jednoznacznie temperatury). W przypadku maszyn wirnikowych ograniczenie to jest na ogół nieistotne, bo procesy przepływowe mogą być na ogół traktowane jako adiabaty.

3. Porównanie maszyn tłokowych i wirnikowych.

Maszyna tłokowa	Maszyna wirnikowa
W obu maszynach do przekazywania energii czynnik roboczy musi wywierać nacisk R na organ roboczy, wywołując ruch tego organu (sposób wywoływania i natura R różnią się w obu tych maszynach).
Czynnik roboczy zawarty w cylindrze ma wyrównane ciśnienie, którym działa na powierzchnię tłkoa, energia czynnika jest pomijalna. Nacisk na tłok ma charakter statyczny R= A *delta p	Wirnik, do którego zamocowane są jednakowe, oprofilowane łopatki (tworząc wieniec łopatkowy). Czynnik roboczy, przepływając przez ten wieniec, omywa poszczególne łopatki. Prędkość czynnika po wypukłej stronie łopatki jest większa od prędkości po stronie wklęsłej. Występuje wypadkowa siła R oddziaływania czynnika na łopatkę. Siła ta ma skłądową Ru w kierunku obrotowym (zgodnym z obrotem łopatki, którym głownym elementem jest siła od miejscowych różnic ciśnień Ra w kierunku osi maszyny.
Cyklicznośc pracy związana z posuwisto-zwrotnym ruchem tłoku o zmiennej prędkości	Ciągła praca wobec stałego, praktycznie równomiernego przepływu czynnika przez wieniec wirujący
Moc N przekazywaną przez organ roboczy maszyny tłokowej i wirnikowej określa wzór N=Ru*u (Ru składowa siły nacisku)
Ru - średnia siła obliczona dla 1 pełnego cyklu pracy	Ru - stała w czasie składowa w kierunku reakcji dynamicznej czynnika na łopatkach

4. Objaśnić ogólne pojęcia politropy.

Przemiana politropowa - proces termodynamiczny w gazie, czyniący zadość równaniu politropy, tzn. taki, podczas którego jest spełniony następujący związek:

gdzie: n - wykładnik (współczynnik) politropy, stały dla danego procesu politropowego, ale przyjmujący dla różnych procesów politropowych różne wartości, od minus do plus nieskończoności

Wykładnik politropy jest równy:

Gdzie:

C_p - pojemność cieplna określona w warunkach stałego ciśnienia

C_v - pojemność cieplna określona w warunkach stałej objętości

C - pojemność cieplna w danej przemianie

Szczególnymi przypadkami procesu politropowego są odwracalne procesy:

• izobaryczny (n = 0, C - Cp = 0)

• izotermiczny (n = 1, C_p = 0, C_v = 0)

• adiabatyczny (n = c_p / c_v), gdzie c_p i c_v to ciepła właściwe przy stałym ciśnieniu i stałej objętości.

W technice największe zastosowanie znalazły przemiany adiabatyczne i izobaryczne, których to odpowiednie zestawienie tworzy obieg porównawczy wielu silników i siłowni cieplnych oraz cieplnych maszyn roboczych.

5. Która ze sprawności politropowa czy izentropowa jest większa i dlaczego?

Izentropowa jest większa.

η_S = η_P*(1 + f), gdzie

f - wskaźnik samogrzania

Tylko w przypadku nieskończenie małej zmiany ciśnienia sprawności te są sobie równe.

6.Sprawność stopnia i grupy stopni sprężarki i turbiny.

Rozprężanie: Sprężanie:

lub także gdy procesy rozprężania/sprężania są do siebie podobne:

,

-sprawność stopnia
-sprawność grupy stopni z-liczba stopni w grupie

- średnia sprawność izentropowa stopnia
-średnia sprawność politropowa

f_∞ - współczynnik nagrzewania lub odzyskiwania ciepła (pierwsze w sprężaniu, a drugie w rozprężaniu). Przy odpowiednio dużej liczbie stopni wsp. f i f_∞ są takie same.

Sprawność grupy stopni turbinowych jest większa od średniej sprawności stopnia w tej grupie, i odwrotnie jest w czasie procesu rozprężania.

7.Objaśnić składniki podstawowych równań mechaniki płynów.

- równanie ciągłości, zas. zach. masy

Pierwszy człon to zmiana masy czynnika zawartej wewnątrz kontrolnego elementu.

Drugi człon to różnica masy dopływającej i wypływającej z elementu kontrolnego

-równanie ruchu -zas. zach. pędu

c-prędkość,
-pochodna substancjalna, F- siła masowa jednostkowa

ρ- gęstość,
-pochodna konwekcyjna, S_ij- tensor naprężeń działających na el. płynu

-równanie energii

I II III IV V VI

I-pochodnia substancjalna całkowitej entalpii czynnika

II-element pracy pola ciśnień w przepływie

III-praca wykonana przez pole sił masowych

IV-praca wynikająca z odkształcenia (deformacji)

V-ciepło wymienione przez przewodzenie, przy czym q_i oznacza natężenie strumienia ciepła w kierunku i (zakładamy brak źródeł ciepła w czynniku)

Można to równanie także rozbić na dwa człony gdzie jeden

-(powstający gdy pomnożymy skalarnie równanie ruchu przez prędkość) oznacza elementy wpływające na zmianę energii kinetycznej oraz drugi:

-elementy wpływające na zmianę entalpii.

8.Przy jakich założeniach wyprowadzono równanie Naviera-Stokesa.

Stokes uogólnił hipotezę Newtona zakładając, że każda z 6 składowych tensora naprężeń zależy liniowo od wszystkich 6 składowych tensora prędkości deformacji (również tensor jest symetryczny).

Izotropowość płynu

Ciśnienie statyczne p

Lepkość spełnia 3μ₁+2μ≥0 (ale zwykle zakłada się μ₁=-2/3 μ)

Newton tylko założył że naprężenie styczne τ jest proporcjonalne do prędkości odkształcenia.

9.Objaśnić opis ruchu turbulentnego (równanie Reynoldsa)

Informacje dane nam przez rozwiązanie podstawowych równań są zbyt obszerne i wykorzystanie ich bezpośredni w technice nie byłoby możliwe zatem stosuje się odpowiednio uśrednienie pewnych wartości charakteryzujących przepływ turbulentny np.
, gdzie pierwsze to wartość średnia a drugie to fluktuacja (zmienna czasowa). I tak np. powstaje równanie ciągłości:
. Wydaje się bardziej skomplikowane, z większą ilością członów, ale jak się okazuje gdy Ma<5 to wszystkie fluktuacje są pomijalnie małe. Równanie ciągłości się nie zmienia się oprócz zastosowania przez nas średnich wartości, ale w skutek pulsacji prędkości w uśrednionym przepływie turbulentnym pojawiają się dodatkowe naprężenia. W skutek tego równanie energii i rówanie pędu różni się od równań N-S i są nazywane równaniami Reynoldsa. Intensywność turbulencji:
. Trzeba jeszcze zaznaczyć że przepływ turbulentny jest zawsze trójwymiarowy i niestacjonarny nawet wtedy gdy uśredniony może jest np. dwuwymiarowy i ustalony.

10.Tarcie laminarne i turbulentne.

Tarcie turbulentne będzie nazywane naprężeniami stycznymi (jeśli to prawda).

W uśrednionym przepływie turbulentnym całkowite naprężenia styczne τ jest sumą naprężenia laminarnego τ₁ i naprężenia stycznego turbulentnego
.

, gdzie μ jest lepkością określoną przez parametry fizyczne płynu (jego stanem termodynamicznym) za to μ_t zwanego lepkością turbulentną zależy nie tylko od rodzaju płynu i jego stanu termodynamicznego ale głównie od wielkości i charakteru pulsacji prędkości( charakter przepływu turbulentnego w danym punkcie). Przy ściance μ_t≈0 a w miarę oddalania się od niej wraz ze wzrostem pulsacji rośnie także lepkość μ_t i może być nawet kilkakrotnie większa od μ.

11. Przy użyciu założeń 3.21 i 3.22 objaśnić istotę działania różnych przepływowych maszyn i urządzeń energetycznych.

Równania 3.21 to równanie energii, będące konsekwencją zastosowania prawa zachowania energii(I zasada termodynamiki).

Równanie 3.22 to równanie opisujące II zasadę termodynamiki.

Wszystkie maszyny przepływowe oraz urządzenia energetyczne działają zgodnie z tymi dwoma równaniami.

12. Sposób uśredniania parametrów dla ustalonego przepływu w kanale.

Uśrednienie to przebiegło według warunków:

- rzeczywisty strumień entalpii =
G;

-rzeczywisty strumień energii kinetycznej =
G, jest to więc uśrednienie energetyczne, wykorzystujące uśrednienie masowe.

Podobnie uśredniamy pozostałem dwa parametry, tzn. pracę pola sił masowych oraz ciepło wymienione na odcinku dl.

Uśrednieni ciśnienia
określamy w taki sposób, aby iloczyn
A równy był rzeczywistej sile, działającej na powierzchnię A, czyli

Uśrednioną gęstość
wyliczamy teraz z równania stanu
,
, co np. w przypadku pary doskonałej daje:

13. Jednowymiarowa teoria stopnia turbinowego (zasady, etapy wyprowadzania).

Rozpatrujemy adiabatyczny, ustalony przepływ czynnika roboczego w dowolnym stopniu turbinowym. W jednowymiarowej teorii stopnia turbinowego pola prędkości, ciśnienia oraz pozostałych parametrów czynnika zastępujemy uśrednionymi wartościami parametrów. W związku z tym, w następnych założeniach symbole c,i,p itd. będziemy rozumieli wyłączenie jako wielkości uśrednione.

14. Sprawność stopnia turbinowego.

Sprawność obwodowa stopnia turbinowego nazywamy stosunek pracy obwodowej h_u do energii rozporządzalnej stopnia E(energia która stoi do dyspozycji do zmiany na pracę w danym stopniu):

15. Przegląd i porównanie stopni turbinowych.

De Lavala - wykorzystuję się głownie jako pierwszy stopień turbiny wielostopniowej (tzw. Stopień regulacyjny). Stosuje się przy tym niewielką dodatnią reakcyjność.

Curtisa - pozwala zmniejszyć konieczną do opanowania dużych spadków entalpii prędkości obwodowej. Zastosował on tzw. Stopniowanie prędkości w kilku kolejnych wieńcach wirujących, umieszczonych na wspólnym kole wirnikowym, przeplatanych nieruchomymi wieńcami odwracającymi, odpowiednio kierujących strumień pary.

Rateau-Zoelly - dzieli spadki prędkości stosując tzw. stopniowanie ciśnienia w układzie wielostopniowym.

Parsonsa - grupy stopni osadzone są zwykle na wirniku bębnowym. Spełnione są przy tym warunki potrzebne do wykorzystania energii związanej z prędkością wylotową. Dla unifikacji łopatek stosuje się tu też na ogół te same profile łopatek kierowniczych i wirujących. W tych warunkach prędkości stopnia są symetryczne.

Ljungstroma - jest to turbina promieniowa całkowicie reakcyjna, o dwóch przeciwbieżnych wirnikach. W konstrukcji tej każdy wieniec wirujący jest zarazem wieńcem kierowniczym dla następnego stopnia.

Typ stopnia	De Lavala	Curtisa z=2	Parsonsa	Ljungstroma
Optymalny wskaźnik prędkości x 1opt
	1	4		1
	1		2	1

H_max- oznacza największy spadek izentropowy rozpatrywanego stopnia przy prędkości obrotowej u

H_maxL- takiż spadek stopnia Se Lavala

Z - liczbę stopni rozpatrywanego typu w przypadku zestawienia z nich turbiny wielostopniowej o izentropowym spadku entalpii H

Z_L - liczbę stopni tejże turbiny zestawionej ze stopniami de Lavala

Pytanie 16. Zakres stosowalności jednowymiarowej teorii stopnia. Kiedy i jakie ograniczenia i uproszczenia określają stosowalność tej teorii?

W cieplnych maszynach wirnikowych nie udaje się zwykle zrealizować zasadnego procesu sprężania lub rozprężania w jednym tylko stopniu, dlatego buduje się urządzenia wielostopniowe. Żeby jednak zrozumieć sposób działania i procesy energetyczne w maszynach jedno- lub wielostopniowych, trzeba rozpatrzyć te wszystkie zjawiska w ramach pojedynczego stopnia (jednowymiarowa teoria stopnia).

Równania jednowymiarowej teorii stopnia należy rozumieć jako zależności pomiędzy uśrednionymi, integralnymi wielkościami. Możemy w prosty uśrednić takie parametry jak entalpia, entropia czy ciśnienie. Niestety dla każdego typu równania należy przyjąć inny sposób uśredniania prędkości. W tym wypadku potrzebujemy znajomości współczynników k, dla wzajemnego przeliczania prędkości uśrednionych w różny sposób. Teoria jednowymiarowa stopnia jest teorią ścisłą a nie pewnym przybliżeniem. Zazwyczaj nieznane są współczynniki k i wtedy przyjmujemy k=1. Wtedy JTS staje się przybliżeniem. Kiedy mamy stosunek θ < 0,15 to przybliżenie jest na tyle dobre, że powyższa teoria jest poprawna. Niestety dla większych stosunków θ, oraz założeniu k=1, JTS staje się teorią niepoprawną. Jednak i w takim przypadku jest skutecznie stosowana po uprzednim i właściwym podziale przepływu na szereg pierścieni o małych już stosunkach θ (niestety nie mogę nigdzie znaleźć czym to „teta” dokładnie jest).

17. Mechanizmy powstawania strat w maszynie wirnikowej, przegląd strat.

Straty zewnętrzne- Obejmują straty otoczenia, niewpływające bezpośrednio na stan czynnika w maszynie. Zaliczone sa tu wszystkie straty, mechaniczne, jak:

• Tarcie w łożyskach,

• Napęd urządzeń pomocniczych,

• Straty w przekładniach itp.,

• Straty przecieków czynnika roboczego na zewnątrz maszyny przez uszczelnienia zewnętrzne itp

Bardzo małe zwykle straty związane z odprowadzeniem ciepła do otoczenia traktuje sie zwyczajowo jak zewnętrzne. przy zastosowaniu chłodzenia w maszynie, starty te wlicza sie już do strat wewnętrznych.

Straty wewnętrzne- Obejmują wszystkie straty bezpośrednio zmieniające entalpie i entropie czynnika roboczego w maszynie. Można je bezpośrednio przedstawiać na wykresach entropowych stanu czynnika.

1. Straty tarcia w warstwie przyściennej (przeważnie turbulentnej)

na powierzchniach łopatek, wirników, kadłubów, przelotni itd,; w warstwie przyściennej zachodzi bezpośrednia dyssypacja energii mechanicznej w "ciepło", a ponadto powstające przy tym niejednorodne profile prędkości sa przyczyna dodatkowej dyssypacji energii, zgodnie z mechanizmami 3,4 oraz 5.

2. Straty oderwania warstwy przyściennej;

Oderwania warstwy przyściennej powodują zasadnicza zmianę rozkładu ciśnień na powierzchni łopatek, w stosunku do rozkładów obliczeniowych; powoduje to znaczy wzrost oporów przepływu i zróżnicowane profile prędkości, a w konsekwencji związane z nim straty

3. Straty mieszania;

Nierównomierne rozkłady prędkości w przepływie, powstałe w jakikolwiek sposób, maja tendencje do wyrównywania sie wobec fluktuacji turbulentnych i lepkości; towarzysza mu oczywiste straty energii

4. Straty przepływów wtórnych(indukowanych);

W wyniku zróżnicowanych pól ciśnień i obecności warstwy przyściennej w kanałach miedzy łopatkowych indukowane sa różne przepływy poprzeczne w stosunku do kierunku przepływu głównego; energia tych przepływów ulega praktycznie pełnej dyssypacji; jeszcze poważniejszy jest wpływ przepływów wtórnych na wzrost innych rodzajów strat- np.oderwania

5. Starty zawirowań

Czynnik o małej energii często ulega zawirowaniu, które dalej przekształca przepływ główny, powodując różne straty.

6. Straty w falach uderzeniowych

W falach uderzeniowych nastepuje znana, bezpośrednia dyssypacja energii(przyrost entropii); znacznie poważniejsze straty powstają w wyniku oddziaływania fal uderzeniowych na warstwę przyścienną.

7. Starty przepływów ubocznych;

Powstając wobec niepełnej szczelności maszyny, w wyniku część czynnika roboczego przepływa jakby obok wieńców łopatkowych; oprócz strat bezpośrednich, przepływy uboczne powodują dodatkowe straty w przepływie głównym, zniekształcając jego strukturę

8. Straty w przepływie czynnika dwufazowe(rozdział 10.3)

Np. dzieląc straty według lokalizacji:

• Straty w stopniach(z odpowiednim podziałem bardziej szczegółowym na elementy stopnia)

• Straty w przelotniach i przewałach łączących stopnie

• Starty w kolektorach wlotowych i wylotowych maszyny

• Straty w organach regulacji(rozrządu) czynnika roboczego

• Starty w uszczelnieniach(dławicach)itp.

podkreślić należy ze teoria nie daje obecnie jeszcze wystarczających podstaw do obliczenia strat wewnętrznych w maszynach wirnikowych i określone sa one na podstawie pół empirycznych lub nawet całkowicie empirycznych zależności, uzyskiwanych w wyniku badań doświadczalnych(rozdział1 2)

Straty w stopniu turbinowym dzieli sie na:

Straty w głównych przepływie, wynikające z zasady działania stopnia i właściwości czynnika roboczego(głownie lepkość) oraz na straty w przepływach ubocznych, powstających w stopniu w wyniku niedoskonałosci jego konstrukcji, głownie niepełnej szczelności.

Straty w głównym przepływie obejmują z kolei starty w wieńcach kierowniczych i wirującym oraz stratę wylotowa. Pozostałe straty nazywamy dodatkowymi.

Straty o charakterze termodynamicznym zwiazane głównie z bardzo duża szybkością, z jaka zachodzi proces rozprężania paru w turbinie. Odmiennie niż w zakresie pary przegrzanej, gdzie praktycznie występuje równowaga termodynamiczna, w zakresie pary mokrej, szczególnie w pobliżu krzywej granicznej, równowagi tej brak.

18 .Jakie dane zawiera i jak pwostaje atlas profili turbinowych?

Podstawowe dane jakie zwiera atlas to wartości strat dla poszczególnych rodzajów łopatek oraz kąty zaklinowania. Jest on przydatny do przepływów naddźwiękowych jak i poddźwiękowych dla różnych kątów nalotu pary. Atlas ten powstaje doświadczalnie.

Pytanie 19. Sprawność wewnętrzna stopnia (określenie, interpretacje na wykresie I-S, zależność od wysokości kanału)?

Odpowiedź: Wszystkie straty stopnia ujmuje się w jego sprawność wewnętrzną. Jest ona określona stosunkiem mocy wewnętrznej stopnia N_i stojącej do dyspozycji na wale do mocy teoretycznej N_th. Od strony strat, sprawność wewnętrzna jest mniejsza od sprawności obwodowej stopnia o sumę strat dodatkowych. Udział strat końcowych w wieńcach łopatkowych oraz udział większości strat dodatkowych w bilansie strat stopnia zmniejsza się przy wzroście wysokości łopatek tak, że w szorstkim zakresie praktycznie słuszna jest zależność: , gdzie K są współczynnikami zależności geometrii od warunków przepływu. Wynikają stąd oczywiście zalecenia konstrukcyjne. Nie obowiązuje ta zależność dla bardzo długich łopatek przez trudności we właściwym ich ukształtowaniu.

20.Przepływ przestrzenny w stopniu o cylindrycznych łopatkach

Łopatki o niezmiennym profilu wzdłuż wysokości nazywamy cylindrycznymi. Stopnie turbinowe z takimi łopatkami sa powszechnie stosowane przy małych, rzadziej przy umiarkowanych, wartościach stosunku fi. Kat wypływu z cylindrycznej(pierścieniowej)palisady, zestawionej z cylindrycznych łopatek nie jest stały i przyrasta w kierunku ku wierzchołkowi łopatki. W tym samym kierunku przyrasta tez prędkość obwodowa. Podobnie i reakcyjność nie jest w stopniu turbinowym stała a zmienia się wzdłuż wysokości łopatki.Widać ze reakcyjność wzrasta dość intensywnie w kierunku ku wierzchołkowi łopatki

Profil łopatek cylindrycznych dobiera się dla warunków na średniej średnicy(w połowie wysokości łopatki), tam tez występują obliczeniowe trójkąty prędkości. Wobec wskazanych wyżej zmian reakcyjności, katów wypływów z palisad i prędkości obwodowej, oczywiste jest ze, ze trójkąty prędkości przy wierzchołku(indeks ze) oraz przy stopie(indeks we) sa odmienne.Wynikają stad w tych obszarach starty spowodowane nieodpowiednimi katami napływu na palisadę wirującą i podwyższona starte wylotowa.

Pytanie 21. Modele przepływu w stopniu maszyny wirnikowej (geometria, czynnik roboczy itp.)

Odpowiedź: Rzeczywisty przepływ czynnika roboczego w stopniu maszyny wirnikowej ma tak złożony charakter, że nie jest możliwe w pełni go opisanie teoretycznie. W takim przypadku stosowane są powszechnie uproszczone modele tego przepływu. Powszechnie przyjmuje się założenie, ze czynnik roboczy w stopniu porusza się po współosiowych, nieprzecinających się, obrotowych powierzchniach przepływu. W rzeczywistym przepływie, zróżnicowanie składowych promieniowych w kierunku obrotowym, wobec skończonej ilości łopatek, powoduje że założenie to nie jest ściśle spełnione. Doświadczenia skazują jednak, że dla znanych liczby łopatek, te założenia są uzasadnione. Powstaje trójwymiarowy układ złożony z dużej liczby obrotowych powierzchni przepływu, w ramach których rozpatrujemy dwuwymiarowy przepływ okresowo-symetryczny, który wynika ze skończonej liczby łopatek maszyny. Następne uproszczenie powoduje przejście do modelu dwuwymiarowego. Jest to możliwe poprzez uśrednienie parametrów na kierunku obrotowym, w każdej z dowolnie dużej liczby powierzchni przepływu, bądź przez rozpatrywanie przepływu tylko w jednej zastępczej powierzchni przepływu, czyli uśrednienie parametrów wzdłuż wysokości łopatki. Stosując te 2 uśrednienia otrzymuje się jednowymiarowy model przepływu. Przez tak duże uproszczenie, wiele zjawisk nie można przy jego pomocy wyjaśnić i obliczyć. (tutaj napisałem wszystko co się dało :])

22. Omówić równanie równowagi promieniowej i jego konsekwencje. Zasada Cu.r=const  i alfa= const.
Równanie równowagi promieniowej stanowi punkt wyjścia dla zagadnień przepływu przestrzennego. Równanie równowagi promieniowej stosowane jest w praktyce do badania pól prędkości i parametrów w szczelinach między wieńcami łopatkowymi. Ma to duże znaczenie, gdyż dostarcza potrzebnych informacji co do ukształtowania krawędzi wlotowych i wylotowych łopatek.

23. Rola badań modelowych w projektowaniu maszyn wirnikowych

Modelowanie polega ogólnie na zastąpieniu badania interesującego nas zjawiska(urządzenia) zwanego wzorcowym, badaniem podobnego do niego zjawiska(urządzenia) modelowego. Przy tym model jest dobierany, aby:

• Można było wyniki jego badań odpowiednio przenieść na zjawisko wzorcowe( co jest warunkiem niezbędnym)

• Wykonanie i badania modelu były prostsze, tańsze , efektywniejsze, niż zjawiska wzorcowego; wiąże się z tym głownie zmniejszenie wymiarów modelu w stosunku do wzorca, obniżenie kosztów badań, obniżenie parametrów czynnika roboczego, zastosowanie tańszych materiałów itp.

Modelowanie stosowane jest ogólnie w następujących głównych przypadkach:

• Dla uzyskania szczegółowych danych potrzebnych w projektowaniu

• Dla kontroli koncepcji technicznych trudnych do dokładnego obliczenia

• Dla ustalenia ogólniejszej zależności, dotyczącej danego zjawiska lub grupy zjawisk

Potrzeba i konieczność badań modelowych części przepływowej maszyn wirnikowych wynika z następujących głównych względów:

1. Ograniczonych możliwości podejścia teoretycznego.

2. Trudności prowadzenia badań maszyn w pełnej skali.

3. Konieczność dalszego ulepszania części przepływowej oraz przygotowania bardziej niezawodnych podstaw do jej projektowania.

24. kryteria podobieństwa(ogólne i praktyczne)

Kryteria podobieństwa, których równość w modelu i wzorcu zapewnia podobieństwo, wyprowadzić można bądź bezpośrednio z równań różniczkowych, opisujących przepływ, bardzo na podstawie analizy wymiarowej. Jak stwierdziliśmy, przepływ stopniach maszyn wirnikowych może być przeważnie traktowany jak adiabatyczny. Przepływy adiabatyczne uznaje się za podobne przy spełnieniu trzech warunków:

1. Podobieństwo geometryczne wymiary liniowe porównywalnych stopni tj. powierzchni ograniczajach przepływ, różnią się tylko skala; widzimy, ze podobne powinny być również wielkość i struktura chropowatości powierzchni oraz grubość krawędzi spływu profilu, co jest trudno spełnić.

2. Podobieństwo kinematyczne pola prędkości przepływu w porównywanych stopniach różnią się tylko skala

3. podobieństwo dynamiczne siły działające na płynący czynnik roboczy w porównywanych stopniach pozostają w stałym stosunku. Ponadto wymagane jest podobieństwo właściwości czynnika roboczego oraz podobieństwo warunków początkowych, sprowadzające się w przepływach ustalonych do podobieństwa struktury strumieni na wlocie do stopnia.

Kryterium Reynoldsa, wiążące siły bezwładności z siłami lepkości:

Kryterium Macha, wiąże siły bezwładności z siłami ciśnienia absolutnego

Kryterium Frouda, wiaze siły bezwładności z siłami masowymi(wynikajacymiz pól przyspieszen)

Kryterium Strouhala, uwzględniające nie stacjonarność przepływu:

Kryterium Prandtla wiążące przenoszenie pędu w płynie lepkim i przenoszenie ciepła na drodze przewodzenia, charakteryzujące także stosunek pola temperatur i pola prędkości

25. Jak opracowywać charakterystyki stopnia? Zmienne warunki pracy.  
Stopnie maszyny wirnikowej oraz jej konstrukcje można scharakteryzować za pośrednictwem odpowiednio określonych bezwymiarowych wskaźników. Każdy wskaźnik jest zależny od zmiennych warunków pracy (czyli odchodzących od znamionowych) oraz konstrukcji i kątów na trójkątach prędkości. Wyróżniamy następujące wskaźniki: przelotności (wskaźnik wydajności), izentropowego przyrostu entalpii (wskaźnik ciśnienia), napędu (wskaźnik mocy), przepływu (wskaźnik kontrakcji), prędkości. Zazwyczaj wskaźniki wybiera się i odczytuje z tablic.

26. Podać główne twierdzenie analizy wymiarowej. Co ono wyraża?

Analiza wymiarowa w swej najczęściej spotykanej formie opiera się na twierdzeniu Buckinghama (twierdzenie Π). Twierdzenie to brzmi następująco jeżeli mamy jakieś równanie opisane przez pewną liczbę niezależnych parametrów fizycznych (n) to równanie to możemy wyrazić przy pomocy modułów bezwymiarowych, których liczba równa jest liczbie tych parametrów fizycznych pomniejszonych o wymiary podstawowe. Twierdzenie to wyraża, że każdą zależność funkcyjną możemy przedstawić przy pomocy funkcji parametrów układu SI.

27. Mechanizm powstawania straty wilgotności w turbinach parowych

W obszarze pary mokrej w turbinie powstają dodatkowe straty. Ze względu na szybkość przemian dochodzi do dużego przechłodzenia pary 20-40K w tym obszarze nie występuje stan równowagi. Przejście do stanu równowagi jest bardzo gwałtowne(min kondensacja) co wiąże się ze zmianą entropii i stratami energii. W wyniku kondensacji w strudze czynnika pojawia nam się faza ciekła, co wprowadza dodatkowe straty. O ile mgła zawierające małe krople zachowuje się jak czynnik, to tworzenie się filmu wodnego na częściach zmienia profil łopatek, a dodatkowo pojawienie się fal na tym filmie powoduje dodatkowe straty.

28. Naszkicować linię i-s w grupie stopni turbinowych w procesie izentropowym i adiabatycznym ze sprawnością 0,9 i ksi 0,2

W procesie izentropowym sprawność grupy jest większa od sprawności jednego stopnia. Spadek entalpii di jest sumą spadków na poszczególnych stopniach, a suma izentropowych spadków entalpii na poszczególnych stopniach jest większa od izentropowego spadku grupy.

29.Struktóra zależności wyrażających prawa zachowania w odniesieniu do przepływu przez powierzchnię kontrolną forma całkowa

-krętu

-masy
=

-pędu
(
)Dv+
-

30. Zalety i wady ogólnych rozpatrywanych sposobów matematycznych opisu przepływu

Zaletami stosowanych sposobów matematycznych jest ich uproszczenie co pozwala je rozwiązać, bo niektórych zależności po prostu nie potrafimy rozwiązać. Wadą jest ograniczony zakres stosowania uproszczeń np. pierwszy typ związany jest z ograniczeniem zakresu stosowalności równań przy uwzględnieniu zjawisk fizycznych związanych z przepływem i zależności dla trajektorii. Drugi typ pomija niektóre człony równania pomijając część zjawisk fizycznych

---