Помощь в написании студенческих работ
Антистрессовый сервис

Экспериментальное исследование межтурбинных переходных каналов с целью совершенствования формы их меридиональных обводов

Диссертация: Экспериментальное исследование межтурбинных переходных каналов с целью совершенствования формы их меридиональных обводов
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

С помощью моделей получены экспериментальные характеристики типичных размеров лемнискатного поворота и лемнискатных межтурбинных переходников с различной степенью диффузорности. Составлено уравнение подобия, связывающее коэффициент сопротивления переходника с числом Рейнольдса для случая лемнискатного канала умеренной диффузорности. Доказан безотрывный характер течения в 8-образном канале… Читать ещё >

Экспериментальное исследование межтурбинных переходных каналов с целью совершенствования формы их меридиональных обводов (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Содержание

  • Глава 1. Достижения в развитии исследования течения газа в межтурбинных переходных каналах газотурбинных двигателей
    • 1. 1. Основные тенденции в развитии газотурбинных двигателей по параметрам рабочего процесса и связанные с этим изменения в облике их проточной части
    • 1. 2. Формирование современных взглядов на течение газа в криволинейных каналах при наличии продольного положительного градиента давления
    • 1. 3. Применение численных методов для расчета отрывного турбул ентноготечения
  • Глава 2. Обоснование выбора формы образующей меридионального обвода исследуемых каналов
    • 2. 1. Известные способы профилирования меридиональных обводов сложнопрофильных элементов газотурбинных двигателей
    • 2. 2. Современные подходы к выбору формообразующей кривой меридиональных обводов проточной части газотурбинных двигателей
    • 2. 3. Методика построения лемнискатной образующей меридионального обвода межтурбинного переходника ГТД
    • 2. 4. Сравнение геометрических характеристик диффузорных каналов с радиусным и лемнискатным профилем образующей
  • Глава 3. Разработка экспериментального стенда и методики исследования. Результаты предварительных исследований каналов с односторонней диффузорностью
    • 3. 1. Экспериментальный стенд для исследования аэродинамических характеристик переходных каналов
    • 3. 2. Применяемые в экспериментах зонды и приемники давления
    • 3. 3. Погрешности измерений
      • 3. 3. 1. Погрешности измерения полного напора
      • 3. 3. 2. Погрешности измерения статического давления
      • 3. 3. 3. Инструментальные и установочные погрешности
    • 3. 4. Плоские каналы с односторонней диффузорностью с различными вариантами профилирования образующей для исследования влияния кривизны образующей
      • 3. 4. 1. Описание каналов с односторонней диффузорностью
      • 3. 4. 2. Измеряемые параметры и методика проведения экспериментов
      • 3. 4. 3. Методика обработки результатов измерений
      • 3. 4. 4. Результаты исследования влияния кривизны образующих плоских каналов с односторонней диффузорностью в местах изменения направления потока на его характеристики
  • Глава 4.
    • 4.
    • 4.
  • Глава 5.
    • 5.
    • 5.
  • Детальное исследование особенностей течения в каналах с односторонней диффузорностью с лемнискатной и радиусной профилированными образующими
  • Геометрические параметры каналов с односторонней диффузорностью при лемнискатном и радиусном профилировании образующей
  • Измеряемые параметры и методика проведения эксперимента
  • Методика обработки результатов измерений
  • Результаты исследования каналов с односторонней диффузорностью при лемнискатном и радиусном оформлении профилированной образующей
  • Результаты траверсирования каналов с односторонней диффузорностью
  • Исследование пограничного слоя вблизи профилированной образующей лемнискатного и радиусного каналов
  • Исследование криволинейных каналов с поворотом потока и Б-образных каналов при лемнискатном и радиусном профилировании меридиональных обводов
  • Исследование каналов с поворотом потока
  • Модели плоских каналов с поворотом потока с лемнискатными и радиусными образующими
  • Измеряемые параметры, методика проведения и обработки результатов эксперимента
    • 5. 1. 3. Результаты траверсирования криволинейных каналов с поворотом потока
      • 5. 1. 4. Экспериментальное и теоретическое исследование кинематики вторичных течений в изогнутом канале.'
      • 5. 2. Экспериментальное исследование 8-образных каналов при, лемнискатном и радиусном профилировании меридиональных обводов
      • 5. 2. 1. Модели плоских 8-образных каналов
      • 5. 2. 2. Измеряемые параметры и методика проведения и обработки результатов эксперимента
      • 5. 2. 3. Результаты исследования 8-образных каналов с лемнискатным и радиусным профилем образующих при различных числах Рейнольдса
      • 5. 2. 4. Результаты траверсирования 8-образных криволинейных каналов с лемнискатной и радиусной формой образующих меридиональных обводов при различной степени диффузорности

С самого начала развитие газотурбинных двигателей шло по пути повышения степени сжатия и максимальной температуры рабочего тела в цикле. В последние полторагдва десятилетия эта тенденция привела к некоторым качественным изменениям в конструктивном облике газовоздушного тракта двигателя. В частности, уменьшение высоты проточной части, как следствие высокой плотности и энергонасыщенности рабочего тела, вынуждало разработчиков двигателей максимально понижать относительные диаметральные размеры турбокомпрессора каскада высокого давления с тем, чтобы предотвратить чрезмерный рост потерь по причине радиальных зазоров и вторичных течений, усиливающих свое негативное влияние по мере уменьшения высоты проточной части, то есть длины лопаток компрессора и турбины высокого давления. В то же время необходимость обеспечения достаточно высокой массовой и газодинамической эффективности лопаточных машин каскада низкого давления требовала реализации относительно больших диаметральных размеров вентилятора и турбины низкого давления. В результате в конструкции двигателя появились специальные элементы — газодинамические переходники соединяющие проточные части каскадов высокого и низкого давления как на участке сжатия рабочего тела, так и на участке его расширения.

Однако, опыт разработки двигателей вскоре показал, что наличие газодинамических переходников, особенно межтурбинных, где скорость движения газа достаточно высока, приводит к существенному снижению эффективности двигателя вследствие больших потерь напора в этих переходниках. В процессе доводки двигателей с межтурбинным переходником разработчикам пришлось пойти на компромисс, то есть в ущерб эффективности турбины низкого давления по возможности пренебречь необходимостью в развитом переходнике и тем самым снизить связанные с ним потери полного напора.

Вместе с тем, подобное решение носит частный характер и не снимает проблемы совершенствования межтурбинных переходников, поскольку их I появление в конструкциях не является случайным, а отражает объективные свойства современных и перспективных газотурбинных двигателей.

В то же время уровень изученности аэродинамических свойств подобных устройств остался недостаточным, несмотря на значительные усилия в этом направлении ряда научно-исследовательских и конструкторских организаций (РГАТА, МЭИ, КАИ, ЦИАМ и др.). В частности, до последнего времени не были разработаны рекомендации по профилированию образующих переходников, что очевидно затрудняет создание достаточно совершенных переходных каналов проектируемых двигателей. Поэтому исследования, посвященные выявлению влияния геометрии меридиональных обводов на характеристики течения в межтурбинных переходниках являются актуальными.

Цель работы состоит в следующем:

1) Провести систематическое экспериментальное исследование диффузорных каналов с криволинейными.

• образующими для ряда вариантов исполнения их контура.

2) Сформулировать рекомендации по практическому I применению лемнискатного профилирования меридиональных обводов переходных каналов.

3) Разработать методику построения меридиональных обводов переходного канала с помощью сопряженных между собой отрезков лемнискат.

Несмотря на серьезное внимание, уделяемое переходным каналам многими научно-исследовательскими и проектными организациями в России и за рубежом, полученные в данном исследовании результаты, насколько известно, не имеют аналогов среди опубликованных данных. В первую очередь это относится к фактическим данным о влиянии закономерностей изменения кривизны меридиональных обводов переходных каналов на возникновение отрыва пограничного слоя. Новизна проведенных исследований заключается, как в постановке задачи, предполагающей I выработку практических рекомендаций по профилированию меридиональных обводов переходников, так и в полученных результатах, которые впервые позволили: выявить влияние изменения кривизны на характер течения в канале с положительным продольным градиентом давленияустановить факт безотрывного течения в криволинейном канале с плавным изменением кривизныустановить влияние диффузорности на уровень вторичных потерь и потерь, связанных с обтеканием меридиональных обводов в каналах при различных способах их профилирования.

Практическая значимость работы состоит в том, что на основе полученного экспериментального материала сформулированы практические рекомендации по профилированию меридиональных обводов межтурбинных переходных каналов газотурбинных двигателей.

ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ.

1. Проведено экспериментальное исследование диффузорных каналов с криволинейными образующими для ряда вариантов исполнения контура образующих. Доказана целесообразность лемнискатного профилирования криволинейных образующих переходников.

2. Разработана методика и созданы программные средства, позволяющие строить лемнискатные образующие и анализировать геометрические характеристики спрофилированных переходников.

3. С помощью моделей получены экспериментальные характеристики типичных размеров лемнискатного поворота и лемнискатных межтурбинных переходников с различной степенью диффузорности. Составлено уравнение подобия, связывающее коэффициент сопротивления переходника с числом Рейнольдса для случая лемнискатного канала умеренной диффузорности. Доказан безотрывный характер течения в 8-образном канале с лемнискатной формой образующих при умеренной диффузорности.

4. Сформулированы рекомендации по практическому применению лемнискатного профилирования межтурбинных переходников. 1.

Показать весь текст

Список литературы

  1. Теория двухконтурных турбореактивных двигателей / Под ред. Шляхтенко С. М., Сосунова В. А. — М. Машиностроение, 1979−431с.
  2. А. Л. Теория воздушно-реактивных двигателей.-М.: Машиностроение, 1969.-512с.
  3. Т.Н. Прикладная газовая динамика.- М.: Наука, 1976.- 888 с.
  4. М. Е. Зарянкин А.Е. Газодинамика диффузоров и выхлопных патрубков турбомашин.- М.:Энергия, 1970.-3 84с.
  5. В.П. Теплотехнические измерения и приборы: Учебник для вузов по специальности «Автоматизация теплоэнергетических процессов." — М.:Энергия, 1978.- 704 с.
  6. М.Е. Техническая газодинамика. М.-Л.: Госэнергоиздат, 1961.-670с.
  7. П. Отрывные течения.- в 3-х томах. -М.:Мир, 1972.
  8. П. Управление отрывом потока.-М.Мир, 1979.-552с.
  9. Прикладная аэродинамика./ Под ред. Краснова Н. Ф. Учеб. пособие для втузов. М.: Высш. школа, 1974, — 732с.
  10. .А. Настоящее и будущее авиационных двигателей.-М. :Воениздат, 1982.-240с.
  11. И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям.- М.: Машиностроение, 1975.-559с.
  12. А., Пратт М.Вычислительная геометрия. Применение в проектировании и на производстве.- М.:Мир, 1982.-304с.
  13. A.C. Буров H.A. Основные направления развития газотурбинных двигателей: Учебное пособие / ЯПИ. Ярославль, 1987−80с.
  14. Е.В., Плис А. И. Кривые и поверхности на экране компьютера. Руководство по сплайнам для пользователей.-М.: ДИАЛОГ-МИФИ, 1996.-240с.
  15. Газотурбинные установки. Атлас конструкций и схем./ Под. ред. Шубенко-Шубина Л.А.-М.: Машиностроение, 1976.-164с.
  16. Иностранные авиационные газотурбинные двигатели.(По данным иностранной печати) / Под общей редакцией Скворцова Г. В.- М.: ЦИАМ, 1981.-298с.
  17. Иностранные авиационные двигатели.(По данным иностранной печати) / Под общей редакцией Соркина Л.И.- М.: ЦИАМ, 1987.-320с.
  18. Иностранные авиационные двигатели.(По данным иностранной печати) / Под общей редакцией Скворцова Г. В.- М.: ЦИАМ, 1984.-320с.
  19. Иностранные авиационные двигатели.(По данным иностранной печати) /
  20. Под общей редакцией Соркина Л.И.- М.: ЦИАМ, 1992.-290с. i
  21. В. Г. Первышин А.Н. Теплотехнические измерения в двигателях летательных аппаратов: Учеб. пособие. -Куйбышев: КуАИ, 1990.-67с.
  22. Авиационные модульные газотурбинные двигатели. Альбом.- М.: НИИ СУ,-1989.
  23. Иностранные авиационные газотурбинные двигатели.(По данным иностранной печати) / Под общей редакцией Скворцова Г. В.- М.: ЦИАМ, 1978.-298с.
  24. И.Л. Аэродинамический эксперимент в машиностроении.-Л.: МАШГИЗ, 1959.-396с.
  25. Н.Е. О движении воды на повороте реки (1914), Полн.собр.соч., том 4, ОНТИ, 1937.
  26. А.Я. Инженерные расчеты газотурбинных двигателей методом малых отклонений.-М.: Машиностроение, 1965.
  27. Н.М. расчет аэродинамических характеристик плоской решетки профилей осевых турбомашин.-М.:Машгиз, 1952.
  28. В.Ф. Применение сплайнов для задания обводов летательных аппаратов/ Казан.авиац.ин-т.Казань, 1986. 74с.
  29. A.A. Плоские кривые. М.: Физматгиз, 1960.256 с.
  30. Е.В., Франк-Каменецкий М.М. Кривые на плоскости и в пространстве. Справочник.-М.:Фазисс, 1997.
  31. Дорфман JI.A.' Численные методы в газодинамике турбомаши.-Л. ¡-Энергия, — 1974.-270с.
  32. Дж. Введение в теорию ошибок.-М.: Мир, 1985.-272с.
  33. .М., Жуковский М. И., Журавлев В. А. Профилирование лопаток газовых турбин. М.: Машиностроение,-1975.-192с.
  34. Основы проектирования турбин авиадвигателей / Под редакцией Копелева С. З. М.: Машиностроение,-1988.-328с.
  35. E.H., Ходак Е. А. Метод определения потерь в канале, вызванных продольным изменением кривизны стенки // Известия вузов.
  36. Авиационная техника.-1997.-№ 3 .-С.88−93.
  37. А.Н.- Соколов А.И., Чижов В. В., Лысенко В. П., Смирнов Г. М. Исследование аэродинамики переходных патрубков прямоточных ГТУ на базе турбореактивных двигателей // Теплоэнергетика.-1980.-№ 3.-С.38−40.
  38. Зарянкин А.Е. O предотвращении отрыва пограничного слоя //Известия вузов. Энергетика.-1985.-№ 8.-С.69−74.
  39. Роткин А. Н, Снигирев В. Ф. Аппроксимация контурного интеграла двумерного сплайна при моделировании поверхностей и обводов/УИзвестия вузов. Авиационная техника.- 1990.-№ 2-С.6−10.
  40. Роткин А. Н-, Снигирев В. Ф., Шатаев В. Г. Исследование вариантакраевых условий двумерного сплайна при моделировании поверхностейобводов/УИзвестия вузов. Авиационная техника.-1990.-№ 4-С.93−96. t
  41. В.Ф. Построение вырождающего сплайна для геометрического моделирования обводов// Известия вузов. Авиационная техника. -1991.-№ 2.-С.66−70.
  42. И.В., Осипов И. Л. Новый подход к геометрическому профилированию элементов конструкции проточной части турбомашин// Известия вузов. Авиационная техника. -1994.-№ 1.-С.87−91.
  43. В.М., Загоруйко Г. Е. Уравнение связи между формпараметрами турбулентного дограничного слоя//Энерг. машиностроение. Харьков.-1983.-№ 35.-С.33−37.
  44. E.H. Об особенностях профилирования межтурбинных переходников// Известия вузов. Авиационная техника.-1996.-№ 3.-С.73−78.
  45. В. А. Гудков В.И. Конев В. А. Влияние входной закрутки на аэродинамические характеристики патрубков малого удлинения // Известия вузов. Энергетика, — 1992.- № 1.-С.108−113.
  46. Бам-Зеликович Г. М. Расчет отрыва пограничного слоя // Известия АН СССР. ОТН.-1954.-№ 12
  47. А.Г. Исследование отсека ступень-переходный диффузор-направляющий аппарат // Энергетическое машиностроение. Харьков.-№ 38.-1984.-С.46−50.
  48. Молочников 3-М. Определение аэродинамических характеристик предотрывных диффузоров на основе обратной задачи пограничного слоя // Инженерно-физический журнал.-1992.-62,№ 6.-С.808−813.
  49. K.M., Роскошный Н. В., Саранцев К. Б., Шайдак Б. П. Влияние меридианального раскрытия на КПД газотурбинной ступени //Энергомашиностроение.- 1985.-№ 2.-С.4−7.
  50. A.B., Копелев С. З. Аналитическое профилирование турбинных лопаток // Теплоэнергетика.-1982.-№ 3.-С.63−65.
  51. И.Г., Кузьмичев Р. В., Дроконов A.M., Кочегаров A.A. Экспериментальное исследование двухступенчатого турбинного отсека с переходным патрубком между ступенями// Теплоэнергетика.-1984.-№ 7.-С.62−64.
  52. А.Е., Грибин В. Г., Дмитриев С. С. О механизме возникновения отрыва потока от стенок гладких каналов// Теплофизика высоких температур.-1989.-27, № 5.-С.913.-919.
  53. А.Е. Отрыв пограничого слоя и новые методы его предотвращения в диффузорных каналах// Вестник МЭИ.-1995.-ЖЗ. -С.75−78.t
  54. А.Е., Павельев A.A., Якубенко А. Е. Турбулентные течения. Модели и численные исследования // Известия Академии наук. Механика жидкости и газа.-1994.-№ 4.-С.4−27.
  55. В.Л., Осипов И. Л. Об одном способе генерации интерполяционной кривой, обладающей непрерывной кусочно-знакопостоянной кривизной // Журнал вычислительной математики и математической физики, 1990.-Т.З.-№ 6.-С.941−944.
  56. P.C., Архипов А. И., Закиров М. У., Вавилов А. Г. Влияние переходных патрубков на КПД турбины и удельные параметры ГТД//
  57. Рабочие процессы в охлаждаемых турбомашинах газотурбинных двигателей.-Казань: КАИ, 1989.-С.80−84.
  58. P.C., Архипов А. И., Коломту A.M., Маханев В. Т. Исследованиесовместной работы турбины с диффузором //Охлаждаемые газовые «турбины летательных аппаратов/ Казань: КАИ-1990-С.69−72.
  59. В.Ф. К выбору оптимальных законов изменения проходных сечений диффузорных каналов // Труды МЭИ.-1980.-№ 504.-С.38−42.
  60. И.Е. Аэродинамика потока и потери напора в диффузорах // Сб. Промышленная аэродинамика.-ЦАГИ, № 3.-1947.
  61. В.Т. Стрункин В.А Тарасов В. Н. Некоторые результаты экспериментального исследования переходных патрубков осевых турбомашин // Высокотемпературные охлаждаемые газовые турбины двигателей летательных аппаратов.- Казань: КАИ, 1984.-С.64−69.
  62. A.M. Особенности рабочего процесса ступени турбинысовместно с переходным устройством // Автореферат на соисканиеученой степени кандидата технических наук: 05.07.05,/Казанский tавиационный институт.-1991.-14с.
  63. JI.A., Панков О. М. Исследование переходных патрубков турбомашин // Труды МВТУ.-1982.-№ 393.-С.88−95.
  64. Л.В., Нейланд В. Я., Степанов Г. Ю. Теория двумерных отрывных течений // Итоги науки и техники. Гидромеханика. Том 8 / М.: ВИНИТИ, 1975.-С.5−73.I
  65. С.С. Анализ возникновения отрыва турбулентного пограничного слоя при плоском течении с положительным градиентом давления// Сборник научных трудов/МЭИ.-1989.-№ 203.-С.64−71.
  66. В.Ф. Построение функциональных сплайнов для проектирования и задания обводов летательных аппаратов//Исследование операций и аналитическое проектирование в технике/ Казан.авиац.ин-т.Казань, 1988.-С. 15−21.
  67. B.C., Бердников Л.А Исследование входных и переходных патрубков ГТД.//Проблемы повышения эффективности судовых энергетических установок / Горький.-1982.-С28.-33.
  68. К.К., Колесников A.B., Смолянинова А. Н. К расчету турбулентного пограничного слоя с продольным градиентом давления//Трудй ЦАГИ, вып.1−088.-1967.
  69. Грегори-Смит. Вторичные течения и потери в осевых турбинах.-М.:Мир Труды американского общества инженеров-механиков. Энергетические машины и установки. 1982хг.104,№ 4.-С.103−107.
  70. Е.Н. О смыкании зон вторичных течений в турбинных решетках и его влияние на концевые потери// Изв. вузов. Авиационная техника. 1991.-№ 3.-С.25−31.
  71. ТВД 1500. Рекламный буклет/ Рыбинск: ОАО РКБМ. 1993 г.
  72. Рекламный проспект МКБ «Союз"/ Москва: МКБ: «Союз». 1993 г.
  73. Рекламный проспект ОАО «Пермские моторы"/ Пермь: «Пермские моторы». 1995 г.
  74. Рекламный проспект МКБ г. Омск/Омск. 1993 г.
  75. Рекламный проспект фирмы «Pratt & Whitney of Canada» / P&W. 1997 г.
  76. Рекламный проспект МКБ «Прогресс"/ Запорожье. 1987
  77. Lai Y.G., So R.M.S., Hwang B.C. Calculation of planar and conical diffuser flows// AIAA Journal.-1989.-27, № 5.-P.-542−548.
  78. Gersten Kleins, Herwic Heinz, Schmitz Gerhard. Berechnung ebener
  79. Diffiisoren // Z. Flugwiss und weltraumforsch.-1983.-7, № 3.-P. 183−192.i
  80. Ower E., Pankhurst R.C. The measurement of air flow // Pergamon Press, New York, 1966.
  81. Shubauer G.B. Air flow in the boundary layer of an elliptic cilinder// NACA Rept 652, 1939.
  82. David C. Wilcox. Comparison of two-equation torbulence models for boundary layers with presure gradient //AIAA Journal.-1993.-31, № 8.-P.1414−1421.
  83. Chen H.C., Patel V.C. Near-wall turbulence models for complex flows including separation // AIAA Journal.-1988.-26, № 6.-P.641−648.
  84. Kline S.J., Bardina J.G., Strawn R.C. Correlation of the Detachment of Two-Dimensional Turbulent Boundary Layers// AIAA Journal, 1983, 21.-№ 1.-P.68−73.
  85. Fox R.W., Kline S.J. Flow regimes in curved subsonic diffusers // ASME Paper.-№ 61 WA-191.-1961.
  86. Gallus H.E., Zeschky J., Hah C. Endwall and Unsteady Flow Phenomena in an Axial Turbine Stage// Trans, of the ASME. J. of Turbomachinery. Oct.1995.Vl 17, pp.562−570.
  87. Практическое применение при проектировании межтурбинного переходника изделия «82» нащди результаты экспериментального исследования плоской модели межтурбинного переходного канала.
  88. Первый заместитель Генерального конструктораглавный конструктор направления
  89. Начальник отдела турбин, к.т. н.
  90. Начальник бригады КО турбин1998г. Бровкин А, Д. 1998 г.1. Г/^Миронов Ю.Р.» О У 1998 г.1. Ь О?1. Елизаров В. В. 1998 г,
Заполнить форму текущей работой

Сессия? Спокойно!