Математическое моделирование процессов сложного теплообмена в экспериментальных энергетических установках

• Автор: Кудимов, Никита Федорович
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 127 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. МЕТОДИКА ЧИСЛЕННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ТЕПЛООБМЕНА В СИЛОВЫХ АВТОТРАНСФОРМАТОРАХ БОЛЬШОЙ МОЩНОСТИ И ОПТИМИЗАЦИЯ ИХ КОНСТРУКЦИИ
1Л Математическая модель
1.2 Численная методика
1.3 Методические расчеты теплообмена в силовых маслонаполненных трансформаторах большой мощности
1.3.1 Трансформатор Сименс
1.3.2 Трансформатор ВИТ
1.4 Экспериментальное и численное исследование теплообмена в маслонаполненном трансформаторе ТВМА
1.5 Исследование оптимальной конструкции автотрансформатора
1.6 Исследование оптимальной конструкции автотрансформатора в различных режимах работы
Выводы к главе
ГЛАВА 2. РЕЗУЛЬТАТЫ ЧИСЛЕННОГО ИССЛЕДОВАНИЯ СВЕРХЗВУКОВЫХ ТУРБУЛЕНТНЫХ СТРУЙНЫХ ТЕЧЕНИЙ
2.1 Математическая модель
2.2 Численная методика
2.3 Исследование результатов расчетов одиночных сверхзвуковых турбулентных затопленных горячих и холодных струйных течений
2.4 Результаты исследования многоблочных турбулентных сверхзвуковых струй, взаимодействующих между собой
Выводы к главе
ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ЧИСЛЕННОГО И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ СВЕРХЗВУКОВЫХ ТУРБУЛЕНТНЫХ СТРУЙ С ПРЕГРАДОЙ
3.1 Экспериментальное исследование взаимодействия многоблочных турбулентных сверхзвуковых струй с преградой
3.2 Результаты численного исследования взаимодействия многоблочных турбулентных сверхзвуковых струй с преградой
3.2.1 Одиночное истечение
3.2.2 Тройное истечение
Выводы к главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы исследования
Необходимость отработки и создания современных изделий и установок требует постоянного совершенствования экспериментальных и теоретических исследований и подтверждения характеристик в части теплообмена и гидрогазодинамики, обеспечивающих математическое и имитационное моделирование процессов функционирования, максимально приближенных к натурным условиям, и требуемый уровень надежности.
Требования к обеспечению высокой надежности рассматриваемых установок, дороговизна и сложность воспроизведения экспериментов, моделирующих физические процессы, приводят к необходимости создание методик математического моделирования физических процессов, протекающих в рассматриваемых установках. В этой связи возрастает роль математического моделирования, которое способствует сокращению расходов на отработку.
Методы математического моделирования, как наиболее экономичный инструмент исследования процессов гидрогазодинамики и теплообмена, в настоящее время являются неотъемлемой частью при проектировании новых и оптимизации уже существующих изделий. В настоящее время проектирование ракеты, самолёта, энергетических установок не обходится без численного моделирования течения. Актуальность применения математических моделей, позволяющих получать надёжные результаты, вытекает из требований, которые предъявляет к численному моделированию современное проектирование. Применяемое прикладное программное обеспечение должно позволять моделировать трехмерную сложную геометрическую модель (стартовое сооружение с многочисленными элементами, силовые автотрансформаторы с присущими им сложными конструкционными решениями), обеспечивать высокую точность предсказания гидрогазодинамических и тепловых характеристик и обозримое время расчёта.

В настоящий момент актуальной является задача обеспечения взрывобезопасности силовых автотрансформаторов большой мощности, ведутся исследования и разработки по оптимизации конструкций, позволяющих обеспечить нормальный режим длительной работы. Однако изменения в конструкции, необходимые для обеспечения взрывобезопасности трансформатора, могут приводить к ухудшению теплообмена в трансформаторе в нормальном режиме.
Другой важной задачей является обеспечение безаварийности старта ракет-носителей. Теплосиловые нагрузки при воздействии сверхзвуковых турбулентных струй двигательных установок ракет-носителей с многосопловой конфигурацией могут приводить к разрушению элементов конструкции стартового сооружения.
Целью работы является создание методики математического моделирования процессов теплообмена в энергетических установках, применение которой обеспечивает нормальный безаварийный режим работы данных установок. Методика позволяет моделировать теплосиловое воздействие многоблочных турбулентных сверхзвуковых струй двигательных установок ракет-носителей на элементы стартового сооружения в процессе запуска, а также тепловые процессы в силовых трансформаторах большой мощности для обеспечения их длительной (многолетней) работы в нормальном режиме.
Предметом исследования данной работы являются физические процессы гидрогазодинамики и теплообмена в различных энергетических установках.

Расш ирител ьны й бак
Терминал
Пластины
маслоохладителя
Рис. 1.8 - трансформатор Сименс
Расчетная модель состоит из корпуса трансформатора, магнитопровода и трех катушек, каждая катушка - из трех обмоток высокого напряжения и двух обмоток низкого напряжения. Обмотки низкого напряжения расположены внутри обмоток высокого напряжения. В зазорах между обмотками