Численное моделирование трансзвуковых потенциальных течений газа в решетках турбомашин и аэродинамическая оптимизация геометрии профиля лопатки Доколин, Александр Юрьевич

Введение к работе

Актуальность темы. Дальнейшее развитие газотурбинных двигателей для созреыенноя авиационной техники и тепловой энергетики в значительной мере определяется газодинамическим совершенством лопаточных ычамн. Зтс требует увеличения объеыа предварительных исследования, в связи с этни наряду с усовершенствованней экспериментальных методов все большее значение приобретав расчетные исследования н.і современных ЭВМ. Широкое использование таких исследования позволяет, как дополнить и расширить данные, получаемые R экспериментах, так к дает возможность получить предварительную информацию, кеобходямув дл? создания двигателей я планирования эксперимента. Необходимость опэратмзного анализа азро-дннаііическкх характеристик Зольпого числа различных вариантов спрофилированный лопаток, турбоаасик на этапэ проектирования, мя совереэнствовзяне - требует разработки быстрых н точная чмелен-кых методов й алгоркткоз для шрокого диапазона скоростеп газового потока.

На этапах проектирования и доводки газотурбннкыа двкгатзлез огромный вклад в совершенствование элементов турбоыашмн вносят ыетоды вычислительного аэродинамического проектирования, позволяете создать высокоз (ефективную з аэродикаынческои отношении форку профилей лопаток. Это дает сокращение трудоемко!! кнвэнер-иоя работы профилирования "и обеспечивает более глубокуо проработку проекта и, следовательно, приводит к повкеєнир хачеств м надежности газодинамических двигателей.

Цель работы - разработі» эффективного метода и алгоритма

расчета установившихся трансзвуковых потенциальных течения, исследование трансзвуковых течения в решетках с использованием >того метода, создание на базе алгоритма расчета двумерных течения метода аэродинамической оптимизации геометрии лопаток газо--/рбинных двигателей по заданному распределение скорости вдоль ірофиля.

Научная новизна полученных результатов:

разработан численный метод, позволивший проводить расчеты течения идеального, газа в турбинных решетках в различных постановках - 1) прямая задача: 2 > смешанная задача - прямая-обратная на различных участках поверхности лопатки;

предложен удобныя в реализации способ представления выходной кромки лопатки для моделирования в ее окрестности сходящихся труя газа со стороны спинки и корыта (определим для удобства описания выпуклой стороны поверхности лопатки термин - спинка, а для ее вогнутой стороны - корыто і:

получено аналитическое решение задачи о потенциальном течении нескшаеиоя невязкой яидкости в окрестности точки растекания потока на входной кромке профиля лопатки с учетом здесь реальной кривизны поверхности, позволившее выделять возникасшуо особенность в численном методе;

создан метод, поэзоляэдш проводить аэродинамическое пере-!р:>Ф;глирозание геометрии профиля лопатки с цель» добиться заданного протекания газа вдоль нее.

Обоснованность и достоверность научных положэняй. выводов и оекомендацип, сформулированных в диссертации, определяется методическими сопоставлениями различных численных методов, контролем

точности в определении известных заранее интегралов движения сравнениями гслученных численных результатов с опублнкоранныии другими авторами и экспериментальными данными.

Практическая значимость результатов работы. Созданные алгоритм к програмна ыогут быть использованы, как для массовых расчетов течения в турбинных, компрессорных решетках, так и для дальнеяоего аэродинамического перепрофилирования геоиетрии профилей лопаток с цельи их аэродинаыического совєрвенства. Получено аналитнчес <ое ресение задачи о потенциальной течении незязкоя несїзшаекоя жидкости в окрестности точки растекания на твердой поверхности. с учэток ее кривизны, которое аояэт быть использовано в Еирскон классе задач о течении зидкостн з каналах с изло-каш образуешэг! оводов, где яядкость тораозится до значения скорости, разная нудо.

На задіту выносятся:

1. Разработка численного метода для расчета устаиовгахся до-г тракеззукозых потенциальных течении кдеадьйого газа в тур-Оннпыл рагзтках.

2* Построение аналитического ресгяия задачі*, о потенциальной течении неезецаекон невязко я падкости з окрестности точки растекания на входной кронке профиля лопатки с учетом здесь реальной крйзнзны лопатка.

1. Применение разработанного вычислительного алгоритма к чксленноь!у реяениэ ряда задач о до-, трансзвуковых течениях идеального газа в турбинных репзтках.

2. Прнкененке созданного численного метода для аэродинана-ческоя оптншіаадаи гео^зтрші профиля лопатіся с цельв добиться

заданного протекания газа вдоль нее.

Апробация работы. Основные результаты проведенных исследования обсуждались и получили одобрение на семинаре под руководством Ю.Д.Шмыглевского (в ВЦ РАН), на 6^м Всесоозном съезде по теоретическоя и прикладноя механике і Ташкент, 1906). 12^а научно-техническая конференции молодых ученых и специалистов (Москва. ІІИАМ. 1987). научноя конференции молодых ученых НЛО "Сатурн" (Москва. 1968). научноя школе-конференции молодых ученых "Численные методы механики сплошной среды" (Абакан. 1989).

Публикации. Результаты работы опубликованы в трех статьях и .двух материалах всесоюзного съезда и конференции.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, даух глав, списка литературы. Обшия объем диссертации составляет 84 страниц машнописного текста, включая 23 рисунка, 3 таблицы и списка литературы из 57 наименования.