Введение к работе
Актуальность темы.
Многочисленные задачи внесшей и внутренней аэродинамики требуют учета вязких эффектов. В этом плане с практической точк" зрения наиболее приемлемым на сегодняшний день остается подход, основанный на концепции пограничного слоя. Одно из направлений, позволяющих расширить область применения приблизний погранично і слоя,, связано с развитием методов решения обратной задачи пограничного слоя. Суть обратной задачи состоит в том, что неизвестная скорость внешнего невязкого течения, определяется по заданному распределению вдоль потока одного из параметров пограничного слоя: толщины вытеснения, коэффициента поверхностного трения и т. д.
Большинство работ, выполненных в этом направлении, посвящено расчету течений с небольшими отрывными зонами, пос-колькг постановка обратной.задачи позволяет устранить особенность Гольдштейна, возникающую в точке отрыва-при решении прямой задачи. Однако существует достаточно обширная область инженерных приложений, не связанных с отрывом потока, где применение обратной задачи пограничного слоя позволяет получить . интересг'е и полезные с практической точки зрения результаты. .
В этой области наиболее эффективным является использова-.ие обратнойзадачи применительно к течению в диффузорах и дпффузорных каналах, широко применяющихся в энергетических установках различного назначения.
Особенностью течения в.диффузорах является наличие положительного продольного градиента давления. Это создает условия, благоприятствующие отрыву пограничного лоя, что сопровождается резким увеличением энергетических потерь. Вероятность возникновения стрывного режима течения возрастает при проектировании диффузоров с высотами характеристиками.
Извебтно. что одним из ос зных факторов, определяйся режим течения б диффузорах, является геометрия каьала. 3;^ор рационального изменения проходных сечений диффузсрных ке>:-:.г;:се позволяет не только избежать возникновения отріїьз, ко к существенно улучшить энергетические характеристики СффУ-'-гСРОЕ-.
.-2-
В этом плане перспективным представляется способ определения геометрии диффузора, отвечающей заданному закону изме-ь„.шя коэффициента поверхностного трения, а следовательно, и условию безотрывностл учения.
Такой способ проектирования .сонтура диффузора может быть реализован на базе решения обратной з ачи погранич-ого слоя с заданным напряжением трения на стенке.
Диффузоры, в которых обеспечивается предотрывное состояние пограничного слоя, позволяют не тольк. удовлетворить условию безотрывности течения, но и обеспечить максимальное восстановление давления при заданных осевых габаритах, а при одинаковых значениях степени расіг:,.ения имеют "о сравнению с коническими существенно меньшие ось-вые габариты и более низкие величины внутренних потерь.
Для обеспечения широкого практического использования предотрывных диффузоров актуальны... является детальное исследование их геометрических и аэродинамических харг теристик на различных, в том числе нерасчетных, режимах эксплуатации, выработка на основе этих исследований некоторых практических рекомендаций по проектированию и использованию предотрьшных диффузоров для г гргетических установок различного назначения.
Пель работа
-
Разработка метода решения обратной задачи пограничного слоя с заданным напрядением трения на стенке,.
-
Реиение на базе разработан, jro метода задачи проектирования плоских и осесимметричных диффузорных каналов по заданному распределению коэффициента поверхностного трения как для течения несжимаемой жидкости, так и для больших до^вуко-ііуґл скоростей потока с учетом теплообмена мелщу газом и стен-№ш канала.
-
Исследование геоме' ических и аэродинамических характеристик диффузоров с предотрнвным состоянием пограничного
СЛОЯ. : '
4. Экспериментальные исследования турбулентной структуры'
течения предотривном диффузоре.
йаучнан ноілізна,
У'їіюльговаииа переменных Крокко поэеолило разрабог.-ть д.і^їаточііі простой алгоритм ревйнвд статной аадачи погранич-
- з -ного слоя с заданным поверхностным трением.
Решена задача проектирования начальных участков диффу-зорных каналов по заданному распределению коэффициента поверхностного трения, в том числе с учетом сжимаемости и теплообмена между газом и стенками канала.
С использованием разработанной методики исследованы вопросы, связанные с проектированием предотрызных диффузоров. Предложен способ-формирования участка сопряжения между вход-.ным сечением и 'Нтуром диффузора, вдоль которого реализуется предотрывное состояние пограничного слоя. Показано влияние протяженности участка сопряжения и условий на входе, а также сжимаемости газа и температуры поверхности на геометрические и аэродинамические характеристики предотрывных диффузоров.
Определен характер изменения основных параметров течения в предотрывных диффузорах при их эксплуатации на нерасчетных режимах. Даны некоторые практические рекомендации по проекти-роваг":о предотрывных диффузоров. .
На основе проведенных экспериментальных исследования выявлены особенности турбулентной структуры течения в предот-рывном осесимметричном диффузоре по сравнению с коническим.
Практическая ценность работы состоит в разработке методик и- програї, решения задачи проектирования контура диффузоров по .заданному распределению коэффициента поверхностного трения на стенке.
Метод позволяет определить з?"5н изменения проходных сечений плоских и осесимметричных диффузорных каналов, . отвечающий условию безотрывности течения как для несжимаемой жидкости, так и для ' больших дозвуковых скоростей потока с учетом теплообмена между газом и стенками канала.
Результаты численного и эксперименталь.^го исследования характеристик предотрывных диффузоров, а также получении? рекомендации по выбору их расчетных параметров дают есзмохнссть решать вопросы практического использования дийузороь с лре-дотрывным состоянием погранично слоя взамен конических в энергетических установках различного назначения.
Реализация результатов работы.
Некоторые результаты работы использованы при проектировании одного из изделий в" Казанском КС! турбокомпрессор, о
- A -чем имеется соответс '"дующий акт внедрения.
Апробация результатов работы.
Основные результаты работы докладывались и обсувдались на III Всесоюзных на;' 'ых чтениях, посвященных памяти академика Б. Н. Юрьева ( Москва, 1989 ,, на научном семинаре кафедры аэродинамики Куйбышевского авиащюнного института и" С. П. Королева ( Куйбыаев, 1990 ); на республиканской научно-практической конференции "Использование численных методов при решении прикладных задач аэромеханики" ( Хары J, 1S90 ); на II межотраслевой научно-технической конференции "Проблемы газовой динамики двигателей и силовых установок", посвященной 60 -летию ЦИАМ ( Москва, 1990 ); на научно-техни"ском семинаре НИИ турбокомпрессор (Казань, 1990): на семинаре "Рабочий процесс в камерах сгорания ВРД" кафе„ры 201 МАИ под руководством профессора Г. Е Абрамовича ( Москва, 1993 ); на ежегодных научно-технических конференциях Казанского авиационного института и научных семинарах кафедры аэрогидродин мки КАИ.
Публикации.
По теме диссертации опубликовано шесть работ.
Структура и объем работы.
Диссертаци состоит из введения с обзором, четырех глав, заключения, списка использованных источников ( 80 наименований ) и приложения. Общий объем работы 179 страниц, в том числе 10G страниц машинописного текста, 97 рисунков, 73 страницы приложения.
