Введение к работе
Актуальность работы. Возможности совершенствования проточных частей лопаточных машин за счет оптимизации формы плоских сечений лопаток в настоящее время практически исчерпаны. В тоже время пространственное профилирование лопаточных венцов: применение обратной закрутки и сложного навала -"саблевидности" лопаток - содержит в cede большие резервы по повышению коэффициента полезного действия -(КПД) турбомашин.
Реальное течение в проточных частях лопаточных машин сопровождается сложными аэродинамическими явлениями, такими как: перетекания в пограничном"слое на торцевых поверхностях-, трехмерный отрыв на входной кромхе у торцевой поверхности, подковообразный и угловой вихри и т.п. Экспериментальное исследование описанных явлений связано с большими материальными затратами и-техническими трудностями. Поэтому становится очевидной необходимость развития и совершенствования численных методов моделирования трехмерных вязких течений в лопаточных аппаратах турбомашин, применение которых с одной стороны позволит глубже понять физику явлений наблюдаемых в пространственном потоке через решетку, а с другой стороны будет способствовать достижению высоких значений КПД при разработке и модернизации проточных частей турбомашин.
Целью работы является построение численной математической модели трехмерного вязкого течения газа в изолированном венце турбомашини, дающей возможность с достаточно высокой точностью моделировать основные газодинамические эффекты возникающие при такого рода течениях и в конечном итоге позволяющей проводить аэродинамическое совершенствование проточных частей лопаточных аппаратов.
Научная новизна работы заключается в следующем:
на базе неявной ENO-схемы С, К. Годунова разработан численный метод расчета трехмерных вязких течений в венцах, обладающий по сравнению с другими известными методами значительно меньшей схемной вязкостью, благодаря чему существенно повышается точность получаемых решений;
впервые для трехмерных уравнений Навье-Стокса использована согласованная с этими уравнениями процедура постановки граничных условий на стенках;
впервые проведено численное исследование влияния сложного навала Ссаблевидности) на структуру течения
- 4 -и потери кинетической энергии в направляющем аппарате СНА) турбинной ступени газотурбинного двигателя (ГТД). Практическое значение работы:
разработана численная модель трехмерного вязкого течения газа в венце турбомашины;
разработан комплекс прикладных программ для расчета трехмерных вязких течений в венцах турбомашин;
исследовано влияние сложного навала на структуру . течения и потери кинетической энергии в НА турбины ГТД;
результаты работы могут быть использованны при проектировании и модернизации проточных частей турбомашин.
Достоверность разработанного метода подтверждена:
решением ряда тестовых задач имеющих точные решения;
сопоставлением результатов расчетов с экспериментальными данными и численными результатами других авторов.
На защиту выносятся:
численная модель расчета трехмерных вязких течений в венцах турбдмашин, основанная на. численном интегрировании осредненных по Рейнольдсу уравнений Навье-Стокса в приближении тонкого слоя с помощью неявной ENO-схемы С.К.Годунова;
комплекс программ piowEr, предназначенный для расчета трехмерных вязких течений в венцах турбомашин;
тестовые расчеты трехмерных турбулентных течений в турбинных решетках и численное исследование влияния сложного навала на пространственную структуру потока и потери кинетической энергии в НА турбины ГТД.
Реализация результатов работы. Метод расчета трехмерных вязких течений в венцах турбомашин в виде комплекса прикладных программ FlowER внедрен в КИВВС и в ЗМКБ "Прогресс".
Апробация работы. Материалы работы докладывались и получили положительную оценку на 7-ой международной конференции "Методы агрофизических исследований", Новосибирск, 1994 г. и на международной научно-технической' конференции "Совершенствование энергетических и транспортных турбоустановок методами математического моделирования, вычислительного и физического экспериментов", Змиев, 1994 г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 работ.
Структура и объем работы. Диссертация содержит введение, 4 главы, общие выводы и список литературы. Работа выполнена на 139 страницах, содержит 49 рисунков. Список лите-