Метод и средства газодинамического проектирования и доводки выходных устройств центростремительных микротурбинных приводов

• Автор: Шаблий, Леонид Сергеевич
• Шифр специальности: 05.07.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Самара
• Количество страниц: 162 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Основные условные обозначения
Введение
1 Анализ состояния исследуемого вопроса и постановка задач
1.1 Обзор технической литературы по направлениям повышения энергетической эффективности центростремительных малоразмерных турбоприводов
1.2 Особенности экспериментальных исследований центростремительных
малоразмерных турбоприводов
1.3 Аналитический обзор технической литературы по современным
информационным технологиям газодинамических расчетов
1.3.1 Основы вычислительной газодинамики и метода контрольных объёмов
1.3.2 Обзор коммерческих программ для СБО-анализа
1.3.3 Обзор современных информационных сообщений по СРО-моделированию
лопаточных машин
1.4 Постановка задач исследования
2 Экспериментальный стенд для исследования центростремительных малоразмерных турбоприводов
2.1 Конструкция и принцип действия стенда
2.2 Методика проведения экспериментальных исследований
2.3 Система автоматизации стенда
2.4 Методика определения погрешностей
2.4.1 Погрешности датчиков
2.4.2 Погрешности оцифровки аналоговых сигналов
2.4.3 Погрешности косвенных измерений
2.5 Алгоритм проведения автоматизированных экспериментальных
исследований
2.6 Исследование пригодности для экспериментальных исследований
стереолитографических образцов центростремительных малоразмерных турбоприводов
2.6.1 Расчётное исследование
2.6.2 Экспериментальное исследование

3 Результаты экспериментальных исследований
4 Виртуальная модель рабочего процесса центростремительного малоразмерного турбопривода
4.1 Модель потока в выходном устройстве
4.2 Модель потока в центростремительном малоразмерном турбоприводе
4.2.1 Модель потока центростремительного малоразмерного турбоиривода в
Б1отуУшоп
4.2.2 Модель потока центростремительного малоразмерного турбопривода в

4.3 Доводка модели
4.4 Адекватность модели
5 Расчётное определение рациональной формы выходных устройств центростремительного малоразмерного турбопривода
5.1 Автоматизация проведения расчётных исследований характеристик
центростремительных малоразмерных турбоприводов в СБХ
5.2 Влияние на параметры центростремительного малоразмерного турбопривода
угла раскрытия конического выходного устройства
5.3 Влияние на параметры центростремительного малоразмерного турбопривода выходного устройства с осевыми и радиальными лопаточными венцами
5.4 Результаты расчётного определения рациональной формы выходного

устройства
6 Метод проектирования и расчётной доводки выходных устройств в составе центростремительных малоразмерных турбоприводов

Заключение
Список использованных источников
1 ЛП
Приложение А
Приложение Б
Приложение В

ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
Параметры лопаточных машин
Т- температура газа, К
1 - температура газа, °С; шаг решётки профилей, мм р — давление газа, Па
р - плотность газа, кг/м3; степень реактивности с (с) - абсолютная скорость потока, м/с XV (м>)~ относительная скорость потока, м/с
и (й)- переносная (окружная) скорость РК, скорость потока вдоль оси X, м/с
Мер - крутящий момент на валу, Н-м
К- сила, Н; площадь м2
I - плечо действия силы /у м
а - угол потока в абсолютном движении, град
/5 — угол потока в относительном движении, град
/г - высота лопаток, м
Ь - хорда профиля лопатки, м
I - шаг решетки профиля лопатки, м
<7, В - диаметр лопаточного венца, м
г, Я - радиус лопаточного венца, м; универсальная газовая постоянная, Дж/(кг-К) Ке - число Рейнольдса
Я а — высота шероховатостей, мкм; критерий Рэйли
<2 - расход газа объемный, м3/с
С - расход газа массовый, кг/с
Я - удельная работа, Дж/кг
А Т. - удельные потери энергии, Дж/кг
Ут, Гтп - параметр нагруженности турбины, турбопривода
ЛГТ, лгтп - степень понижения давления в турбине, в турбоприводе
'7т, '/тп ~ мощностной КПД турбины, турбопривода
п - частота вращения, мин"1
ср - теплоёмкость при постоянном давлении, Дж/кг-К

применяться полные трёхмерные расчёты на основе решения уравнений Навье-Стокса. Данные расчёты требуют значительных вычислительных ресурсов, то есть время непосредственного расчёта значительно превышает время создания расчётной модели. Поэтому создание качественной модели здесь наиболее акту&тьно, поскольку качественная модель позволяет сократить общее время расчёта, не снизив его точности. В основном, качество модели зависит от типа и числа элементов расчётной сетки, выбора правильной периодической зоны расчёта, применением стационарного расчёта с осреднением параметров на границах вращающихся и неподвижных зон взамен непосредственного моделирования движения лопаток в нестационарной постановке.
В [37] приведено исследование влияния этих особенностей расчёта на точность результатов на примере численного моделирования трехмерного течения в одноступенчатом центробежном компрессоре с диффузором изменяемой геометрии. В качестве критерия точности расчёта использовалось его совпадение с результатами экспериментальных данных. Рассматривались варианты стационарного и нестационарного течения. Моделировалась как цельная модель, включающая полный набор межлопаточных каналов, так и секторная, в которой моделировалось два канала РК и три канала диффузора. Во втором случае
использовалось граничное условие периодичности. В качестве моделей
турбулентности применялись модели с двумя уравнениями класса 1ШЧ8
расчёты были выполнены в АЛБУБ СБХ версии 10.0. Расчётные сетки для
впускного и диффузорного трактов были построены в ЛУБ 1СЕМ СРЮ. Сетки для рабочего колеса были созданы при помощи программного продукта АУБ ТигЬоОпс!. Было произведено три расчёта с гексаэдральными сетками различной густоты: грубой, с количеством элементов 0,2 млн., средней - 0.8 млн. и мелкой, с количеством элементов 3 млн. (рисунок 1.10).
В результате было получено хорошее согласование рассчитанного поля скоростей на выходе из лопаточного аппарата, а также общеинтегральных параметров компрессора (см. рисунок 1.10) с результатами экспериментальных продувок. Причём исследователями отмечено, что наилучшие результаты были получены на средней, а не на самой густой сетке. 1 акже отмечено, что результаты,