Введение к работе
Актуальность работы. Эффективность работы судовых энергетических установок (СЭУ) в числе прочих факторов зависит от потерь давления в различных элементах систем, входящих в их состав. Для газотурбинных установок (ГТУ) это воздухопри-емные и газовыпускные тракты, для паротурбинных установок (ПТУ) - пароподводящие и перепускные патрубки, для ядерных энергетических установок (ЯЭУ) - патрубки трубопроводов всех контуров и многочисленных вспомогательных систем, тракты тепловыделяющих сборок. Улучшая гидравлические характеристики элементов систем можно достичь существенного повыпенкя технико-экономических показателей СЭУ в целом.
В составе СЭУ имеются многочисленные диффузорные устройства (ДУ), часто располагающие потенциальными резервами для своего совершенствования. При большой неравномерности потока перед фронтом теплообменного аппарата (ТА) в активном теплообмене участвует только часть его рабочей поверхности, а гидравлическое сопротивление возрастает. Рационально спрофилированные ДУ, устанавливаемые перед ТА, позволяют обеспечить равномерную раздачу потока по фронту теплообменной поверхности и, тем самым, улучшить показатели ее работы.
Таким образом, снижение гидравлического сопротивления патрубков и переходников систем СЭУ и создание ДУ ТА с 'заданным профилем скоростей на выходе является актуальной задачей, направленной на повышение эффективности СЭУ в целом.
Не менее актуальной задачей является рациональное профилирование коллекторных тепловыделяющих сборок высокотемпературных газоохлаждаемых реакторов (ТВС ВТГР). Большой вклад в развитие теории и конструирования ТВС ВТГР внесен работами, выполненными в ИАЭ АН СССР (Смирнов Л.П., Сегаль Ы.Д.), в ИЯЭ АН БССР (Сорокин В.Н., Колос В.П., Ахрамович А.П.), в ЦНИИ им.акад.А.Н.Крылова, в ЛГТУ на кафедре ЯХ.
Этим актуальным задачам уделялось большое внимание и на ФКЭ ЛКИ. Так, в период 1984-1990 гг. были успешно защищены кандидатские диссертации Зеленовым С.Н., Афанасьевым А.В., Шмелевым С.Х., Деменком С.Л., Сивухой СМ., посвященные со-
Езршєнствовани» гидравлических характеристик элементов систем судовых энергетических установок.
Однако актуальность проблемы сохранилась и в настоящее время, что и послужило основанием для настоящей работы.
Цель работы.
Разработка математической модели для теоретического исследования безвихревых потоков в элементах СЭУ.
Теоретическое исследование плоских и осесимметричных потенциальных течений в каналах с волнообразными и монотонно изменяющимися границами.
Проведение экспериментов по визуализации изучаемых потоков с целью подтверждения их потенциальности.
Обоснование возможности изучения осесимметричных течений на плоских моделях.
Выработка предложений по рациональным обводам отдельных элементов СЭУ.
Научная новизна.
Предложен новый подход к решению уравнений плоского и осесимметричного потенциальных течений несжимаемой жидкости, особенностями которого является применение метода разделения переменных к поперечной составляющей скорости и введение специальным образом выбранных безразмерных скоростей.
Новой является постановка задачи о специальной деформации границ осесимметричных каналов для экспериментального изучения течений в них на плоских моделях.
Научное и практическое значение работы.
С помощью предложенного метода получены и систематизированы частные решения для трех плоских потенциальных потоков и их осесимметричных аналогов. Указанные частные решения являются основой для получения различных потоков на основе принципа суперпозиции.
Принцип суперпозиции реализован применительно к потокам в каналах с волнообразными и монотонно изменяющимися границами.
Получены расчетные формулы для обводов диффузоров, кон-фузоров и различного рода переходников, входящих в системы СЭУ.
Путем визуализации потока на специальной установке подтвержден безвихревой характер течения в исследованных каналах.
Предложен методический приём, позволяпщкй исследовать на плоских моделях течение в осесимметричных каналах ' путе?! соответствующей деформации их обводов. Доказана практическая инвариантность переходной функции к продольной форме кап?_-а.
Предложен ряд конструктивных реяенцй элементов систем СЭУ. Получено два авторских свидетельства и подоїш три залп-ки на изобретения.
Апробация работы. Основные теоретические пологсеккл и практические результаты диссертационной работы докладывались на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ЖИ (Ленинград, 1988, 1990), 14-м Межотраслевом семинаре "Атомно-водорсднал энергетика и техноло-гия" (Москва, 1989), I Всесоюзном семинаре "Оптические методы исследования потоков" (Новосибирск, І9В9).
Реализация результатов работы. Материалы диссертации использованы ЦНИИ им.акад.А.Н.Крылова в поисковых исследованиях по темам А-ХШШ-П2, А-ШУШ-ІІ4 (акт о внедрении от 09.04.1991).
Публикации. По материалам работы опубликованы 2 статьи, подано 5 заявок на изобретения, получено 2 авторских свидетельства.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы из 67 наименований. Диссертация содержит 88 стр. машинописного текста, 17 рисунков и 17 фотографий.
