Введение к работе
Актуальность проблемы. Традиционные методы проектирования
лопаточных машин основываются на одномерных проектировочных
газодинамических расчетах по параметрам потока в і» евых ja юрах и поверочных расчетах на поверхностях S, и S,. Позволяя » целом верно рассчитать интегральные характеристики и двумерную структуру потока, эти модели не в состоянии отразить локальные особенности пространственного течения. Применение математического моделирования газодинамических полей в полной пространственной постановке и вариантный анализ картин течения позволяет проектировать отдельные элементы турбомашины с высоким уровнем аэродинамического совершенства и сокращает сроки разработки всего изделия. Пространственные расчеты необходимы при проектировании венцов с лопатками сложной формы.
В связи с изложенным, несомненна актуальность работы, посвященной вопросам исследования структуры потока в лопаточных аппаратах сложной формы и профилированию элементов турбомашин на основе быстрых методов расчета.
Цели работы :
1. Совершенствование методов расчета уравнения для потенциала скорости
и системы уравнений Эйлера применительно к венцам с
антивибрационной полкой.
2. Верификация расчетных методов. Сопоставление расчетных и
экспериментальных данных.
3. Проведение численного исследования пространственною потока в
венцах турбомашин вышеназванными методами.
4. Анализ результатов и выдача рекомендаций по повышению
газодинамической эффективности исследованных венцов.
5. Разработка обратного метода построения образующей профиля по
заданному распределению скорости в плоскости годографа и его
применение для профилирования элементов турбомашин.
Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем:
реализован комплексный подход к моделированию пространственной структуры потока в венцах турбомашин, основанный на применении расчетных методов разных уровней (быстрого метода интегрирования уравнения для полного потенциала скорости и системы уравнений Эйлера);
указанные методы развиты на случай венца с антивибрационной полкой;
исследовано пространственное течение в венцах турбомашин ряда конкретных авиационных двигателей и даны рекомендации по повышению их газодинамической эффективности;
реализован метод решения обратной задачи построения обра іующей профиля, участок которого обтекается с максимальной критической скоростью М=1 (либо с постоянной скоростью М<1);
Практическая ценность работы. Результаты, полученные в диссертации, использованы при доводке ряда существующих и разрабатываемых отечественных авиационных двигателей: ПС90-А (Пермское НПО "Авиамотор"), НК-93 (Самарское ГНПП "Труд"), малоразмерного двигателя (Омское МКБ).
Степень достоверности и обоснованности результатов. Результаты,
полученные в работе, сформулированные выводы, научные положения и
рекомендации согласуются с известными закономерностями и
представлениями об особенностях газодинамических процессов в
турбомашинах и подтверждаются удовлетворительным согласованием с >кг периментальными данными, а іакже результатами расчетов, полученными друїими авторами.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на:
1) на 2-й межотраслевой научно-технической конференции "Проблемы
газовой динамики двигателей и силовых установок", посвященной 60-ю
ЦИАМ им. П.И. Баранова (19-23 ноября 1990г.).
-
на 7 Всесоюзном съезде по теоретической и прикладной механике (15-21 августа 1991г.).
-
на Международной конференции "Recent advances in compressor and turbine aerothermodynamics", Франция, ноябрь 1992 г.
4) на Международной конференции "International symposium on
experimental and computational aerothermodynamics of internal Hows",
12-15 июля 1993г., Чехословакия.
-
на газодинамическом семинаре кафедры ПГТ МЭИ под руководством д. т.н., профессора Зарянкина А. Е., апрель 1994 г.
-
заседании кафедры ПГТ МЭИ, май 1994г.
и опубликованы в трех тезисах докладов (двух международных
конференций и 7-го Всесоюзного сьезда по теоретической и прикладной
механике).
Личный вклад автора в работу заключается в модификации
алгоритмов и программ для расчета течений в ЛА с антивибрационной полкой, их применении к анализу структуры потока в элементах турбомашин существующих и разрабатываемых отечественных авиационных двиїателей, разработке обратного метода построения образующей профиля и его применению к построению бесскачковой сопловой решетки наименьшей ширины, диффузорного канала, оптимального симметричного профиля в канале.
Автор защищает: результаты численного исследования пространственного потока в рабочем колесе вентилятора и турбины малоразмерного двигателя ОмКБ и рекомендации по повышению газодинамической эффективности венцов; результаты расчетного анализа сложной пространственной структуры течения в модельной вентиляторной ступени, имитирующей работу винтовентилятора НК-93, результаты численного исследования трехмерной структуры потока в вентиляторе двигателя ПС90-А с антивибрационной полкой и рекомендации по изменению формы полки, обеспечивающей наименьшие потери; разработанный обратный метод построения образующей профиля по заданному распределению скорости.
Структура и объем диссертации: Диссертационная работа изложена на 90 страницах машинописного текста, иллюстрированного 61 рисунком. Сої шит из введения, трех глав основного текста, выводов, списка литературы, включающего 73 наименования. Всего 151 страница.