ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 06.04.2021
Просмотров: 1424
Скачиваний: 4
ЕНЕРГЕТИЧНІ
ТА
ТЕПЛОТЕХНІЧНІ
ПРОЦЕСИ
Й
УСТАТКУВАННЯ
По
результатам
проведенных
расчетов
видно
,
что
в
обоих
случаях
М
крит
<
М
Д
.
Это
означает
,
что
работа
СРТ
на
данных
режимах
находится
в
зоне
волнового
кризиса
,
поэтому
основную
долю
аэродинамических
потерь
составляют
волновые
потери
.
Выводы
из
данного
исследования
и
перспективы
дальнейших
разработок
в
этом
направлении
.
По
результатам
работы
и
проведенных
исследований
необходимо
отметить
следующее
:
1
Достаточно
хорошее
совпадение
результатов
расчета
и
эксперимента
в
области
значений
действительных
чисел
Маха
меньше
критических
.
2
Определенный
выбор
значений
входного
давления
Р
вх
и
частоты
вращения
ротора
СРТ
позволяет
достичь
наименьших
величин
коэффициента
аэродинамического
сопротивления
вращению
.
3
Анализ
экспериментальных
данных
показал
необходимость
дополнительного
исследования
режимов
работы
СРТ
и
разработку
рекомендаций
,
направленных
на
исключение
работы
турбины
в
зоне
волнового
кризиса
.
Список
литературы
:
1.
Саяпин
,
В
.
В
.
Оптимизация
параметров
пневмопривода
со
струйным
двигателем
[
Текст
] /
В
.
В
.
Саяпин
//
Пневматика
и
гидравлика
.
Приводы
и
системы
управления
. –
Вып
. 10. –
М
.:
Машиностроение
, 1984. –
С
. 58-63.
2.
Саяпин
,
В
.
В
.
Оптимизация
параметров
струйного
двигателя
по
критерию
минимума
расхода
газа
[
Текст
] /
В
.
В
.
Саяпин
,
И
.
А
.
Марочкина
//
Пневматика
и
гидравлика
.
Приводы
и
системы
управления
. –
Вып
. 13. –
М
.:
Машиностроение
, 1987. –
С
. 96-102.
3.
Чащин
,
В
.
А
.
Пневмопривод
систем
управления
летательных
аппаратов
[
Текст
] /
В
.
А
.
Чащин
,
О
.
Г
.
Камладзе
,
А
.
Б
.
Кондратьев
[
и
др
.]. –
М
.:
Машиностроение
, 1987. – 248
с
.
4.
Ванеев
,
С
.
М
.
Струйно
-
реактивный
двигатель
и
возможности
его
использования
[
Текст
] /
С
.
М
.
Ванеев
,
С
.
К
.
Королев
,
Ю
.
Л
.
Рухлов
,
Ю
.
Т
.
Федотов
//
Химическое
и
нефтяное
машиностроение
. – 1990. –
№
6. –
С
. 16-17.
5.
Кириллов
,
И
.
И
.
Теория
турбомашин
[
Текст
] /
И
.
И
.
Кириллов
,
А
.
И
.
Кириллов
.–
Л
.:
Машиностроение
, 1974. – 320
с
.
6.
Исследование
и
экспериментальные
работы
по
отработке
и
оптимизации
пневматических
приводов
со
струйно
-
реактивным
двигателем
для
шаровых
кранов
:
отчет
о
НИР
/
ВНИИкомпрессормаш
. –
Сумы
,
1987. – 180
с
. –
№
ГР
0870042515. –
Инв
.
№
02870088015.
7.
Исследование
механических
и
динамических
характеристик
пневмоприводов
арматуры
и
оптимизация
их
конструкций
:
отчет
о
НИР
/
ВНИИкомпрессормаш
. –
Сумы
, 1989. – 89
с
. –
№
ГР
01890056751. –
Инв
.
№
190/89.
8.
Исследование
и
совершенствование
струйно
-
реактивной
турбины
для
приводов
различного
назначения
:
отчет
о
НИР
/
ВНИИкомпрессормаш
. –
Сумы
, 1990. – 82
с
. –
№
ГР
01900059312. –
Инв
.
№
194/90.
9.
Ванеев
,
С
.
М
.
Структура
потерь
энергии
и
КПД
струйно
-
реактивной
газовой
турбины
[
Текст
] /
С
.
М
.
Ванеев
//
Вісник
Сумського
державного
університету
.
Серія
технічні
науки
. –
№
9(30)-10(31) –
Сумы
, 2001. –
С
. 207-214.
10.
Ванеев
,
С
.
М
.
Расчет
характеристик
струйно
-
реактивной
турбины
[
Текст
] /
С
.
М
.
Ванеев
//
Вестник
НТУУ
«
КПИ
».
Машиностроение
. –
Вып
. 36. –
К
., 1999. –
С
. 263-269.
11.
Проектирование
самолетов
[
Текст
] /
А
.
А
.
Бадягин
,
С
.
М
.
Егер
,
В
.
Ф
.
Мишин
,
Ф
.
И
.
Склянский
,
Н
.
А
.
Фомин
. –
М
.:
Машиностроение
,
1972. –
С
. 298-303.
©
Ванеев
С
.
М
.,
Гетало
В
.
В
.,
Королев
С
.
К
., 2012
Поступила
в
редколлегию
13.02.12
8’2012
90
ЕНЕРГЕТИЧНІ
ТА
ТЕПЛОТЕХНІЧНІ
ПРОЦЕСИ
Й
УСТАТКУВАННЯ
УДК
621.165
В
.
П
.
СУББОТОВИЧ
,
канд
.
техн
.
наук
;
проф
.
НТУ
«
ХПИ
»;
Ю
.
А
.
ЮДИН
,
канд
.
техн
.
наук
;
проф
.
НТУ
«
ХПИ
»;
А
.
Ю
.
ЮДИН
,
канд
.
техн
.
наук
;
с
.
н
.
с
.
НТУ
«
ХПИ
»;
С
.
А
.
ТЕМЧЕНКО
,
м
.
н
.
с
.
НТУ
«
ХПИ
»
РЕЗУЛЬТАТЫ
ТЕСТИРОВАНИЯ
МЕТОДА
РАСЧЕТА
ТЕЧЕНИЯ
В
КОЛЬЦЕВЫХ
КАНАЛАХ
Представлены
результаты
расчетных
исследований
кольцевого
диффузора
с
прямолинейными
стенками
,
полученные
с
помощью
метода
расчета
течения
в
кольцевых
каналах
,
разработанного
авторами
,
и
выполнено
их
сравнение
с
данными
экспериментальных
исследований
этого
же
диффузора
,
а
также
с
результатами
расчетов
по
CFD
-
программе
.
Представлені
результати
розрахункових
досліджень
кільцевого
дифузора
з
прямолінійними
стінками
,
які
отримані
за
допомогою
методу
розрахунку
течії
в
кільцевих
каналах
,
розробленого
авторами
і
виконано
їх
порівняння
з
даними
експериментальних
досліджень
цього
ж
дифузора
,
а
також
з
результатами
розрахунків
по
CFD
-
програмі
.
The results of computational modeling of the annular diffuser with straight walls, which were obtained by the
method of calculating the flow in annular channels, the designed by authors are present and carried out and
compared with the experimental data of the same diffuser as well as the calculations results by
CFD
-program.
Введение
Решение
обратной
задачи
обладает
большими
перспективами
и
позволяет
получать
кольцевые
каналы
,
имеющие
высокое
аэродинамическое
качество
при
значительном
сокращении
времени
,
затрачиваемого
на
проектирование
и
доводку
.
Возможны
два
подхода
к
решению
обратной
задачи
.
Первый
–
итерационное
решение
ряда
прямых
задач
до
совпадения
получаемой
картины
течения
с
требуемой
.
Второй
подход
основывается
на
решении
уравнений
газодинамики
при
условии
,
что
заданными
являются
параметры
потока
,
а
неизвестными
–
присутствующие
в
уравнениях
геометрические
параметры
.
В
настоящее
время
решение
прямых
задач
очень
часто
выполняют
с
помощью
CFD
-
программ
,
в
основе
которых
заложены
уравнения
Навье
-
Стокса
,
позволяющие
при
использовании
соответствующей
модели
турбулентности
выполнять
расчеты
вязкого
течения
достаточно
сложных
объектов
.
Однако
для
каждой
итерации
,
в
которой
изменены
геометрические
характеристики
проектируемого
объекта
,
требуется
перестроить
сетку
,
проверить
ее
характеристики
вблизи
поверхностей
,
выполнить
расчет
,
который
даже
при
использовании
современных
многопроцессорных
компьютеров
требует
огромных
затрат
времени
для
получения
результата
только
одной
итерации
.
Исходя
из
выше
сказанного
,
целесообразно
разработать
метод
расчета
течения
,
который
позволил
бы
не
только
рассчитывать
течение
в
каналах
с
известной
геометрией
(
прямая
задача
),
но
и
проектировать
каналы
под
заданные
аэродинамические
условия
(
обратная
задача
)
за
относительно
небольшие
промежутки
времени
,
приемлемые
для
практического
энергомашиностроения
.
Предпосылками
для
разработки
метода
расчета
течения
в
кольцевых
каналах
послужили
работы
[1, 2],
в
которых
предложен
метод
расчета
течения
для
решения
прямой
и
обратной
задач
в
кольцевых
решетках
турбомашин
на
цилиндрических
8’2012
91
ЕНЕРГЕТИЧНІ
ТА
ТЕПЛОТЕХНІЧНІ
ПРОЦЕСИ
Й
УСТАТКУВАННЯ
поверхностях
тока
.
В
основе
обеих
задач
применен
единый
методологический
подход
,
в
котором
прямая
задача
расчета
течения
в
канале
решетки
турбомашины
является
частным
случаем
обратной
задачи
проектирования
межлопаточного
канала
.
В
дальнейшем
этот
метод
получил
свое
развитие
для
расчета
течения
в
слое
переменной
толщины
на
произвольной
поверхности
вращения
[3].
Основные
принципы
,
которые
лежат
в
основе
метода
расчета
течения
в
канале
турбинной
решетки
,
были
использованы
для
разработки
метода
расчета
течения
в
осесимметричных
кольцевых
каналах
[4].
Объект
исследования
.
На
рис
. 1
показан
кольцевой
диффузор
с
измерительными
сечениями
для
определения
распределения
статического
давления
вдоль
наружной
и
внутренней
стенок
диффузора
[5].
Диффузор
расположен
после
одноступенчатого
компрессора
.
За
ним
находится
успокоительная
камера
,
которая
позволяла
создавать
противодавление
на
выходе
.
Длина
диффузора
в
осевом
направлении
равна
1000
мм
,
отношение
площади
выходного
сечения
к
площади
входного
сечения
равно
двум
.
Измерения
статического
давления
вдоль
диффузора
производилось
в
19
сечениях
с
интервалом
50
мм
.
Цель
этих
измерений
–
выявление
характера
течения
в
турбулентном
пограничном
слое
на
стенках
диффузора
.
Рис
. 1.
Кольцевой
диффузор
с
измерительными
сечениями
В
данной
статье
приведено
сравнение
расчетных
данных
,
полученных
с
помощью
разработанного
метода
,
с
экспериментальными
данными
аэродинамических
исследований
осевого
конического
диффузора
компрессора
[5]
и
расчетными
данными
,
полученными
с
помощью
CFD
-
программы
.
Расчетное
исследование
течения
в
диффузоре
с
использованием
невязкой
модели
течения
.
На
рисунке
2
представлены
расчетные
и
экспериментальные
распре
-
деления
статического
давления
вдоль
стенок
диффузора
.
При
расчетах
с
помощью
CFD
-
программы
течение
принимается
невязким
.
Р
изб
,
Па
S
,
мм
эксперимент
:
─■─
обтекатель
;
─□─
обечайка
расчет
новым
методом
:
─
··
─
обтекатель
;
──
обечайка
расчет
CFD
:
─
·
─
обтекатель
;
─
─
обечайка
Рис
. 2.
Распределения
статического
давления
вдоль
обводов
конического
диффузора
(
невязкий
расчет
)
Как
видно
из
рисунка
2,
кривые
распределений
статического
давления
вдоль
стенок
диффузора
,
полученные
с
помощью
CFD
-
программы
и
разработанного
метода
расчета
течения
хорошо
совпадают
.
8’2012
92
ЕНЕРГЕТИЧНІ
ТА
ТЕПЛОТЕХНІЧНІ
ПРОЦЕСИ
Й
УСТАТКУВАННЯ
Имеют
место
расхождения
кривых
на
входном
участке
диффузора
.
Эти
расхождения
связаны
с
тем
,
что
при
расчете
с
помощью
CFD-
программы
поток
,
имеющий
осевое
направление
до
диффузора
,
при
входе
в
конический
диффузор
совершает
наибольший
поворот
в
области
обечайки
.
Таким
образом
,
здесь
основной
поток
движется
вдоль
криволинейной
поверхности
,
которая
и
определяет
периферийную
поверхность
тока
.
Это
приводит
к
падению
давления
,
что
видно
и
из
экспериментальных
данных
.
В
разработанном
методе
полагается
,
что
поток
,
начиная
от
входного
сечения
,
движется
вдоль
поверхностей
тока
,
совпадающих
с
конической
границей
на
периферии
и
цилиндрической
границей
у
втулки
диффузора
.
Уровень
статического
давления
в
эксперименте
выше
расчетного
,
что
связано
с
внутренними
потерями
.
Итак
,
расчеты
невязкого
течения
,
выполненные
с
помощью
CFD
-
программы
и
разработанного
метода
,
показали
довольно
хорошее
совпадение
распределений
статического
давления
,
но
распределения
,
полученные
в
эксперименте
,
свидетельствуют
о
том
,
что
при
расчетах
необходим
учет
внутренних
потерь
.
Расчетное
исследование
течения
в
диффузоре
с
использованием
вязкой
модели
течения
.
Расчет
вязкого
течения
был
выполнен
с
помощью
CFD
-
программы
.
В
расчете
использовалась
k
–
ε
модель
турбулентности
.
Сетка
в
области
пограничного
слоя
выбрана
так
,
чтобы
параметр
y
+
был
равен
единице
.
Р
изб
,
Па
S
,
мм
эксперимент
:
─■─
обтекатель
;
─□─
обечайка
расчет
CFD
:
─
·
─
обтекатель
;
─
─
обечайка
Рис
. 3.
Распределения
статического
давления
вдоль
обводов
конического
диффузора
(
вязкий
расчет
)
Р
изб
,
Па
S
,
мм
эксперимент
:
─■─
обтекатель
;
─□─
обечайка
расчет
новым
методом
:
─
··
─
обтекатель
;
───
обечайка
Рис
. 4.
Распределения
статического
давления
вдоль
обводов
конического
диффузора
Сравнение
расчетных
и
экспериментальных
распре
-
делений
статического
давления
по
обводам
диффузора
приведены
на
рис
. 3.
Уровень
статического
давления
при
использовании
вязкой
модели
течения
выше
,
чем
для
невязкого
течения
и
,
естественно
,
ближе
к
эксперименту
.
Однако
на
участке
от
входа
в
диффузор
до
,
примерно
,
2/3
его
длины
заметны
отличия
.
Это
можно
объяснить
влиянием
колеса
компрессора
на
развитие
и
характер
турбулентного
потока
в
диффузоре
,
что
приводит
к
увеличению
внутренних
потерь
в
нем
[5].
Особенность
нового
метода
–
возможность
задания
изменения
величин
полных
параметров
потока
от
входного
до
выходного
сечений
диффузора
.
8’2012
93
ЕНЕРГЕТИЧНІ
ТА
ТЕПЛОТЕХНІЧНІ
ПРОЦЕСИ
Й
УСТАТКУВАННЯ
Экспериментальные
дан
-
ные
[5]
позволяют
получить
полные
давления
во
входном
и
выходном
сечениях
диффузора
.
Зная
это
,
и
предположив
линейное
изменение
полного
давления
от
входа
к
выходу
,
был
выполнен
расчет
течения
в
диффузоре
.
Как
видно
из
рис
. 4,
кривые
распределения
статического
давления
,
полученные
с
помощью
нового
метода
,
хорошо
совпадают
с
экспериментальными
данными
.
Но
,
как
уже
говорилось
выше
,
на
входном
участке
распределения
давлений
отличаются
,
поскольку
в
новом
методе
корневой
и
периферийный
обводы
диффузора
являются
поверхностями
тока
.
На
рис
. 5
показан
вариант
расчета
новым
методом
при
условии
,
что
периферийная
поверхность
тока
на
входном
участке
диффузора
имеет
такую
же
форму
,
как
и
поверхность
тока
в
расчете
с
помощью
CFD
-
программы
.
Из
рисунков
4
и
5
следует
,
что
корректировка
формы
периферийной
поверхности
тока
,
приводит
к
изменению
течения
на
входном
участке
,
а
расчетное
распределение
статического
давления
вдоль
обводов
хорошо
согласуется
с
экспериментальными
данными
.
Р
изб
,
Па
S
,
мм
эксперимент
:
─■─
обтекатель
;
─□─
обечайка
расчет
новым
методом
:
─
··
─
обтекатель
;
──
обечайка
Рис
. 5.
Распределения
статического
давления
вдоль
обводов
конического
диффузора
Приведенные
выше
результаты
расчетов
и
их
сравнение
с
данными
экспериментального
исследования
диффузорного
канала
свидетельствуют
о
том
,
что
новый
метод
позволяет
предсказать
параметры
течения
в
канале
с
точностью
,
требуемой
для
определения
аэродинамической
эффективности
.
Список
литературы
:
1
.
Субботович
,
В
.
П
.
Задача
расчета
скорости
на
поверхности
лопатки
турбомашины
как
задача
оптимизации
[
Текст
] /
В
.
П
.
Субботович
,
А
.
Ю
.
Юдин
//
Вестник
Национального
технического
университета
«
ХПИ
».–
Харьков
:
НТУ
«
ХПИ
». – 2004. –
№
12. –
С
. 101-106.
2.
Субботович
,
В
.
П
.
Постановка
и
метод
решения
обратной
задачи
для
определения
формы
межлопаточных
каналов
кольцевых
решеток
турбомашин
[
Текст
] /
В
.
П
.
Субботович
,
А
.
Ю
.
Юдин
//
Вестник
Национального
технического
университета
«
ХПИ
».–
Харьков
:
НТУ
«
ХПИ
». – 2005. –
№
29. –
С
. 49-56.
3
.
Субботович
,
В
.
П
.
Обратная
задача
теории
решеток
на
осесимметричной
поверхности
тока
[
Текст
] /
В
.
П
.
Субботович
,
А
.
Ю
.
Юдин
,
Фан
Конг
Там
//
Энергетические
и
теплотехнические
процессы
и
оборудование
.
Вестник
НТУ
«
ХПИ
»:
Сб
.
науч
.
трудов
. –
Харьков
:
НТУ
«
ХПИ
». – 2009. –
№
3. –
С
. 56–61. – ISSN 2078-774X.
4.
Субботович
,
В
.
П
.
Метод
расчета
течения
в
осерадиальных
кольцевых
каналах
[
Текст
] /
В
.
П
.
Субботович
,
А
.
Ю
.
Юдин
,
С
.
А
.
Темченко
//
Энергетические
и
теплотехнические
процессы
и
оборудование
.
Вестник
НТУ
«
ХПИ
»:
Сб
.
науч
.
трудов
. –
Харьков
:
НТУ
«
ХПИ
». – 2011. –
№
6. – C. 24-27. – ISSN 2078-774X.
5.
Пфайль
,
Х
.
Измерения
параметров
турбулентного
пограничного
слоя
в
диффузоре
за
осевым
компрессором
[
Текст
] /
Х
.
Пфайл
,
М
.
Гёинг
//
Энергетические
машины
. –
1988. –
№
3. –
С
. 72-81.
©
Субботович
В
.
П
.,
Юдин
Ю
.
А
.,
Юдин
А
.
Ю
.,
Темченко
С
.
А
., 2012
Поступила
в
редколлегию
15.02.12
8’2012
94