Введение к работе
Актуальность исследования определяется, таким образом, недостаточной изученностью процессов обледенения устройств подготовки воздуха ГТУ стационарного размещения, выполненных на основе ГТУ летательных аппаратов, а также необходимостью моделирования процессов, происходящих в воздухозаборных очистительных устройствах ГТУ для усовершенствования противообледенительной системы ГТУ наземного размещения.
Объектом исследования диссертационной работы является воздухозаборное очистительное устройство ГТУ.
Цель исследования – изучить процесс обледенения воздухозаборного очистительного устройства ГТУ и разработать перечень рекомендаций по созданию условий, исключающих обледенение элементов конструкции тракта всаса ГТУ.
На основе изучения теории движения многофазной вязкой среды, теории фазовых переходов и методов расчета обледенения элементов самолета в работе была выдвинута гипотеза о том, что базовыми при обледенении являются термо- и газодинамические процессы, протекающие по определенным законам, которые могут быть описаны и смоделированы как закономерное взаимодействие.
В процессе работы проводились теоретические исследования отдельных составляющих ВОУ газотурбинной установки.
Диссертационное исследование проводилось на основе ВОУ газотурбинной установки ПС – 90А производства НПО «Искра».
Цель исследования определила постановку следующих задач:
- определить основные газо – и термодинамические характеристики всасывающего тракта и системы предотвращающей обледенение;
- охарактеризовать условия обледенения и разработать перечень параметров, необходимых для изучения обледенения ВОУ ГТУ;
- смоделировать процесс обледенения ВОУ ГТУ и разработать методику экспериментального исследования;
- провести численный эксперимент и предложить решения для предотвращения случаев обледенения ВОУ.
Теоретическую базу исследования составили работы известных представителей науки Ю.М Давыдова, М.Е. Дейча, А.Л Кузнецова, Л.Г Лойцанского, И.П. Мазина, Л.Т. Матвеева, М.А. Михеева, Р.И Нигматулина, В.П. Скрипова, О.К Трунова, Я.И Френкеля.
Научная новизна работы заключается в том, что:
- впервые применительно к ВОУ ГТУ исследована и решена задача динамики обледенения конструктивных элементов воздушного тракта;
- разработана и реализована физико-математическая модель газодинамики многофазной вязкой среды с фазовыми переходами при обледенении элементов ВОУ ГТУ.
- разработан новый метод оценки эффективности ПОС ВОУ, полученный путем проведения численного эксперимента процесса обледенения.
Достоверность и обоснованность полученных результатов обеспечивается общей методологической и теоретической базой исследования. В зависимости от поставленных задач в работе использовались общенаучный индуктивный метод анализа, метод математического моделирования. Для исследования процесса течения влажного воздуха с фазовыми переходами в конструктивных элементах ВОУ ГТУ используются метод подобия, проведение вычислительного эксперимента по методу «крупных частиц». В работе осуществляется привязка модели к конкретным условиям, а также определение граничных условий моделирования. Используется критерий подобия инерционного движения капли.
Теоретическая значимость проводимого исследования состоит в том, что оно вносит определенный вклад в изучение динамики процессов обледенения. Разработанная математическая модель и полученные данные об определении граничных условий моделирования газодинамических процессов в ВОУ ГТУ дополняют существующие представления о возможностях моделирования данных процессов. Процесс вычислительного эксперимента способствует дальнейшему уточнению физической модели процесса обледенения.
Практическая ценность определяется тем, что:
- экспериментально-теоретическое исследование позволило уточнить границы температурного режима работы ПОС ВОУ.
- разработанный метод оценки эффективности позволяет провести оценку конструктивного решения при проектировании ПОС ВОУ ГТУ.
- использование методики позволяет повысить эффективность ВОУ ГТУ за счет уточнения температурных режимов работы.
- использование методики позволяет выбрать и оценить эффективность конструкторских решения по совершенствованию ПОС ВОУ.
ее теоретические положения и практические результаты позволят производить инженерную оценку эффективности ПОС, разработать конструкторские мероприятия по снижению обледенения, а значит повысить работоспособность агрегата в реальных условиях эксплуатации, выполнить привязку конкретного ГТУ к географической точке местности. Намеченное направление исследования и созданная модель обледенения могут служить базой для разработки новых конструкций как ПОС, так и ВОУ ГТУ.
На защиту выносятся:
1.Результаты решения задач проблемы обледенения конструктивных элементов ВОУ ГТУ.
2. Программы и методы решения задач обледенения на входе в воздушный фильтр входного устройства ВОУ, в области после камеры фильтров тонкой очистки, камере всасывания ВОУ ГТУ.
3. Методика инженерной оценки ПОС ВОУ ГТУ, направленная на совершенствование ПОС ВОУ ГТУ.
Апробация работы. Основные положения и результаты исследования отражены в 11 публикациях из них 3 в журналах рекомендованных ВАК, а также в докладах на научных и научно-практических конференциях: научной конференции аспирантов «Система подготовки научных кадров в области математического моделирования в естественных науках» в рамках ведомственной научной программы «Развитие научного потенциала высшей школы» Министерства образования и науки РФ Институт механики сплошных сред УрО РАН (Пермь, 2005), международной научной конференции «Проблемы баллистики – 2006» (Санкт-Петербург 2006), областной научной конференции молодых ученых, студентов и аспирантов «Молодежная наука Прикамья – 2007» (Пермь, 2006), в научно-технической конференции молодых специалистов НПО «ИСКРА» (Пермь,2007) и научных семинарах кафедры РКТ и ЭУ Пермского государственного технического университета.
Диссертационное исследование выполнено на базе работ по хоз. договорной тематике с НПО «ИСКРА» в период с 2004 по 2008 г. по договорам: №2004/261, дополнительному соглашению №1 к договору №2004/261, №2006/59, №2007/89, кроме того по внутривузовскому гранту в рамках инновационной образовательной программы «Создание инновационной системы формирования профессиональных компетенций кадров и центра инновационного развития региона на базе многопрофильного технического университета» (2007-2008 гг.).
Структура и объем исследования определены поставленной целью и задачами. Настоящая диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка, включающего 112 наименований. Общий объем работы составляет 192 страницы.
