Повышение эффективности безлопаточных диффузоров малорасходных центробежных компрессорных ступеней на основе анализа трехмерного вязкого потока

• Автор: Ноткина, Ирина Михайловна
• Шифр специальности: 05.04.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 240 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Экспериментальные исследования в ступенях с БЛД

1.1.1 .Течение в РК ступени ЦК с БЛД

1.1.2. Нестационарный поток в БЛД ступени ЦК

1.1.3. Исследования влияния различных геометрических и режимных параметров на течение в БЛД

1.1.4. Особенности течения в малорасходных ступенях ЦК

1.2. Теоретические исследования течения в ступенях с БЛД
1.2.1. Расчёты течений в проточной части на основе теории пограничного слоя
1.2.2. Смешение потока в БЛД в радиальной плоскости
1.2.3. Расчеты вязкого потока на основе решения уравнений Навье-Стокса
1.2.4. Модели турбулентности
1.2.5. Современные коммерческие пакеты программ и их использование для расчета трехмерного вязкого потока
1.3. Постановка задачи исследования
ГЛАВА 2. МЕТОДИКА РАСЧЕТНО-ТЕОРЕТИЧЕСКОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ТУРБУЛЕНТНОГО ПОТОКА В БЛД ЦК
2.1. Основные уравнения
2.2. Модель турбулентности
2.2.1. Пространственная модель турбулентного обмена Н.И. Булеева..
% 2.2.2. Анизотропия турбулентного обмена. Струйная турбулентность.

2.2.3. Линейный масштаб турбулентности
2.2.4. Пристенные функции
2.2.5. Учет турбулентности втекающего потока в БЛД
2.3. Граничные условия
2.4. Построение сетки
2.5. Численный метод
2.5.1. Основные уравнения в обобщенных криволинейных координатах
2.5.2. Интегрирование по времени основных уравнений
2.5.3. Пространственная дискретизация основных уравнений
2.5.4. Ускорение сходимости
2.6. Обработка расчетных данных
ГЛАВА 3. АНАЛИЗ И СРАВНЕНИЕ РАСЧЕТНЫХ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ ПОТОКА, ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ БЛД ЦК
3.1. Влияние неравномерного на входе потока в меридиональной плоскости на течение в БЛД малорасходной ступени
3.2. Сравнение расчетных и экспериментальных параметров потока в БЛД малорасходной ступени на номинальном режиме ее работы
3.3. Сравнение результатов расчета вязкого потока с опытными данными для БЛД среднерасходной ступени ЦК
3.4. Анализ экспериментальных и расчетных параметров потока и энергетических показателей БЛД малорасходной ступени с Фр=0,
3.5. Параметры потока и энергетические показатели БЛД малорасходной ступени с ФР=0,011 по данным эксперимента и расчета с учетом турбулентности втекающего потока
3.6. Анализ и сравнение экспериментальных данных с результатами расчетов неравномерного по шагу в относительном движении потока

• 3.7. Численное моделирование неравномерного по шагу в относительном движении потока в БЛД малорасходной ступени с Фр=0,
3.8. Выводы и некоторые рекомендации по расчету вязкого потока в
БЛД ЦК
ГЛАВА 4. АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ И РЕЖИМНЫХ ПАРАМЕТРОВ НА ХАРАКТЕР ТЕЧЕНИЯ И ПОТЕРИ В БЛД МАЛОРАСХОДНОЙ СТУПЕНИ С ФР =0,
4.1. Анализ влияния относительной ширины БЛД b3/b2 =0,84...1,
4.1.1. Особенности течения при различных углах потока а2 на выходе из РК
4.1.2. Энергетические характеристики БЛД
4.2. Особенности течения и энергетические характеристики профилированного диффузора БЛД 1,2П
4.3. Влияние числа Рейнольдса на энергетические характеристики БЛД
щ с b3/b2=0,
4.4. Анализ влияния числа Рейнольдса и шероховатости поверхности стенок для БЛД 1,2П
4.5. Влияние числа Маха на энергетические характеристики БЛД 1,2П
4.6. Влияние коэффициента теоретического напора малорасходного колеса на потери в БЛД
4.7. Обобщения и рекомендации по проектированию БЛД малорасходных ступеней ЦК
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

£ а2=30° отмечается сильное влияние протечек на составляющую скорости Сг.
В ходе вычислений протечки моделировались вдувом через полупроницаемую стенку, что, по-видимому, увеличивает их влияние по сравнению с реальными условиями работы ступени. При Ь2Я)2 =0,003 и а2=5° отрывы потока не наблюдаются, что соответствует экспериментальным данным [61], [23], которые говорят о том, что при уменьшении относительной ширины диффузора Ь3Л32 начало отрыва сдвигается в область очень малых а2 и в очень узких диффузорах отрывов может не наблюдаться совсем.
В более широких диффузорах наблюдается более быстрый рост относительного давления. При уменьшении ширины Ь2Л32 рост давления более пологий, что связано с большими потерями. При Ь2Л32 =0,003 происходит, начиная с г=1,2...1,25, падение давления, то есть потери превышают уменьшение скоростного напора. Расчеты [19] показывают, что для ступеней средней расходное, Ь2Я)2=0,06, с увеличением Ь3/Ь2>1 коэффициент потерь растет из-за потерь на внезапное расширение.
В [19] было обнаружено, что лучшее согласие с опытом для распределения радиальной составляющей скорости достигается при задании осевой составляющей скорости Сг=Сг1ду, у=15°. С опытом лучше согласуются потери в случае Сгг=п =0, но радиальная составляющая скорости при этом описывается
гораздо хуже.
Как показывает сравнение с опытными данными, метод [19] в целом завышает потери на 10...20%. Автор объясняет этот факт использованием алгебраических моделей турбулентности, которые завышают пристеночное трение.
1.2.4. Модели турбулентности
Среди всего многообразия моделей турбулентности для описания сложных турбулентных течений известны, [4], феноменологические, статистические, Л полуэмпирические алгебраические и модели с двумя или более дифференциаль-