Проектирование проточной части выхлопных устройств ГТУ с конвертированными авиационными ГТД

• Автор: Давлетшин, Ильдар Салихзянович
• Шифр специальности: 05.07.05, 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 136 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

ГЛАВА 1. МЕТОДЫ РАСЧЕТА И ПРОЕКТИРОВАНИЯ

ВЫХЛОПНЫХ УСТРОЙСТВ ГТУ

1Л. Влияние эффективности выхлопного устройства на

мощность и экономичность ГТУ

1Л Л. Выхлопные устройства ГТУ с конвертированными

авиационными ГТД

1Л .2. Эффективность выхлопного устройства и его влияние на

мощность и экономичность ГТУ

1.2. Методы расчета и проектирования выхлопных устройств

1.2 Л. Метод расчета на основе принципа разделения потерь..
1.2.2. Метод расчета на основе теории пограничного слоя
1.2.3. Численный метод расчета
1.2.4. Методы профилирования газосборника
ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ДОСТОВЕРНОСТИ МОДЕЛЕЙ ТУРБУЛЕНТНОСТИ ПРИМЕНИТЕЛЬНО К РАСЧЕТУ ВЫХЛОПНЫХ УСТРОЙСТВ ГТУ ;
2.1. Моделирование турбулентного течения в диффузоре
2.2. Моделирование турбулентного течения в выхлопном
устройстве газотурбинной установки
2.3. Сравнение расчетных методов
ГЛАВА 3. АНАЛИЗ ГАЗОДИНАМИКИ ТЕЧЕНИЯ В ПРОТОЧНОЙ ЧАСТИ ВЫХЛОПНЫХ УСТРОЙСТВ ГТУ С КОНВЕРТИРОВАННЫМИ АВИАЦИОННЫМИ ГТД
3.1. Исследование газодинамики течения выхлопного
устройства ГТУ с двигателем НК-16СТ
3.2. Исследование организации течения в выхлопном
устройстве ГТУ с конвертированным авиационным ГТД
ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА И ВЕРИФИКАЦИЯ МЕТОДИКИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ВЫХЛОПНЫХ УСТРОЙСТВ ГТУ С КОНВЕРТИРОВАННЫМИ АВИАЦИОННЫМИ ГТД
4.1. Описание методики проектирования выхлопных
устройств ГТУ с конвертированными авиационными ГТД
4.2. Верификация методики проектирования выхлопных
устройств ГТУ с конвертированными авиационными ГТД
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. В настоящее время наиболее эффективным приводом для компрессорных станций (КС) является газотурбинный [44, 64]. В качестве привода ГПА часто находят применение конвертированные авиационные ГТД [10]. Доля газотурбинного привода в газотранспортной системе России составляет 86,9%, Украины - более 82% [59]. Основные показатели проектируемых магистральных газопроводов представлены в табл. 1 [50]. Потребности газоперекачивающей техники для реконструкций и технического перевооружения КС (в России) оцениваются около 1,5-2 млн. кВт в год (около 125 ГПА).
Таблица 1 - Основные показатели проектируемых магистральных
газопроводов
СЕГ («Норд стрим») 2011-2016 гг. 55 млрд м3/год, 917 км, 7 КС, 1075 МВт
Бованенково-Ухта, 2011-2016 гг.; 2016-2030 гг. 127,5 млрд м3/год, 1074 км, 9 КС, 2100 МВт; -280 млрд м3/год, 2000 МВт
Ухта-Торжок, до 2030 г. 150 млрд м3/год, 947 км, 7 КС, 1564 МВт
Ухта-Починки, до 2030 г. 80 млрд м3/год, 1275 МВт
«Алтай», 2011-2016 гг. 30 млрд м3/год, 2685 км, 9 КС, 1120 МВт
Видяево-Волхов, 2011-2020 гг. 30 млрд м3/год, 1365 км, 800 МВт
Вышеперечисленные данные свидетельствуют об актуальности вопросов повышения мощностей и экономичности газотурбинных установок (ГТУ). Одним из способов увеличения экономичности ГТУ является повышение эффективности выхлопных устройств [10, 16]. Из
гидравлических справочников известно, что сопротивления выходных участков ГТУ имеют большую величину, чем сопротивления входных патрубков. Например, если диапазон сопротивлений входного патрубка ГТУ С, = 0,12-0,6, то величина сопротивлений выходных участков составляет ^ = 0,3-1,13. Сложность структуры и большие скорости потока в выхлопных устройствах не позволяют достаточно точно определить потери с помощью

появляются добавочные члены уравнения (- ри'; и' |) - составляющие тензора
напряжений Рейнольдса, моделирующие турбулентность, которые необходимо определить для замыкания уравнения (1.2.29). Как правило, для связывания напряжений Рейнольдса со средними значениями градиентов скорости применяется гипотеза Ж. Буссинеска [70]:
- ри 1 = р
+ дх[
дъ] 2( , Эи ^
Рк + V

8у (1.2.30)
Гипотеза Буссинеска используется в модели Спаларта-Аллмараса [88], семействе к-в и семействе к-ш моделей. Преимущество этого метода заключается в том, что для вычисления турбулентной вязкости нет необходимости в больших компьютерных мощностях. В случае использования модели Спаларта-Аллмараса, решается только одно дополнительное уравнение переноса для турбулентной вязкости. В моделях к-в и к-® решаются 2 дополнительных уравнения - для кинетической энергии турбулентности к, и либо для диссипации турбулентности £, либо удельной диссипации ®, а щ вычисляется как функция кие. Недостатком гипотезы Буссинеска является использование принципа изотропности при определении и,.
В альтернативном методе, применяемом в ЯБМ модели (модели напряжений Рейнольдса), уравнения переноса решаются для каждого члена тензора напряжений Рейнольдса. В данном случае также требуется дополнительное уравнение для определения масштаба турбулентности (обычно для е). Значит для двухмерного расчета требуется решить пять дополнительных уравнений переноса, для трехмерного - семь.
Во многих случаях модели основанные на гипотезе Буссинеска достаточно хорошо подходят для решения задач. Для применения ББМ модели необходимы дополнительные компьютерные мощности, что не всегда оправдано. Однако ЯБМ модель лучше подходит в тех случаях, когда в течении анизотропия турбулентности имеет определяющее значение.