Совершенствование метода оптимального проектирования центробежных компрессорных ступеней введением модели потерь напора в квазитрёхмерной постановке

• Автор: Прокофьев, Алексей Юрьевич
• Шифр специальности: 05.04.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 190 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

2. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

2Л. Физические основы рабочего процесса и некоторые особенности течения в проточной части центробежного компрессора

2.2. Возможности современных коммерческих программ расчета вязких течений

2.2.1. Сравнение экспериментальных и рассчитанных характеристик

2.2.2. Сравнение диаграмм поверхностной скорости

2.2.3. Физические явления в потоке

2.2.4. Выводы

2.3. Современное состояние математического моделирования центробежной ступени в двухмерной постановке
2.3.1. Основные уравнения для расчета КПД, используемые при математическом моделировании
2.3.2. Расчёт потерь трения на лопаточных и безлопаточных участках проточной части
2.3.3. Связь коэффициента силы трения с безразмерными критериями подобия
2.3.4. Расчёт потерь смешения
2.3.5. Расчёт ударных потерь
2.3.6. Учёт влияния трехмерности структуры потока
2.3.7. Учёт влияния сжимаемости

2.3.8. Выводы
3. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ В КВАЗИТРЁХМЕРНОЙ ПОСТАНОВКЕ
3.1. Обоснование использования невязкого квазитрёхмерного расчёта обтекания
3.2. Квазитрёхмерный невязкий расчёт течения в рабочем колесе
3.2.1. Расчёт осесимметричного потока
3.2.2. Расчёт обтекания лопаточной решётки на ОПТ
3.3. Расчёт потерь в рабочем колесе в квазитрёхмерной постановке
3.4. Комплекс программ математической модели в квазитрёхмерной постановке
3.4.1. Геометрические параметры колеса, используемые при расчёте потерь
3.4.2. Программа расчёта и оптимизации для одного режима работы
3.4.3. Программа расчёта и оптимизации для характеристики ступени
3.4.4. Программа идентификации математической модели и база данных
3.5. Идентификация математической модели
3.5.1. Некоторые вопросы экспериментального определения характеристик
3.5.2. Подготовка исходных данных для идентификации
3.5.3. Идентификация математической модели
4. ПРИМЕРЫ ЧИСЛЕННОЙ ОПТИМИЗАЦИИ РАБОЧИХ КОЛЁС
4.1. Численная оптимизация рабочего колеса с цилиндрическими лопатками
4.1.1. Оптимизация формы входной кромки
4.1.2. Влияние радиуса скругления Л, у покрывающего диска

73 ' 79

99 108 111 115

4.1.3. Оптимизация высоты лопатки рабочего колеса
4.2. Численная оптимизация пространственного рабочего колеса
4.2.1. Оптимизация числа лопаток
4.2.2. Влияние распределения нагрузки
4.2.3. Влияние уровня скоростей
4.2.4. Влияние угла навала лопатки
4.3. Выводы
5. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ
ЛИТЕРАТУРА

2.2.1. Сравнение экспериментальных и рассчитанных характеристик
Ступень К101-1 состоящая из рабочего колеса с цилиндрическими лопатками, безлопаточного диффузора и обратно-направляющего аппарата испытывалась на кафедре КВХТ при М„ = 0.6 — 0.9. Полное и статическое давление измерялись в контрольных сечениях между элементами ступени. Характеристика была рассчитана сотрудниками ОАО "АВИАДВИГАТЕЛЬ" (город Пермь, Россия) с использованием лицензированного пакета ТА5САоу (к-е модель турбулентности) при заранее неизвестной экспериментальной характеристике. Дисковое трение и потери от протечки в лабиринтных уплотнениях рабочего колеса не были смоделированы. Для корректного сопоставления расчёта и эксперимента эти потери были вычтены из экспериментальных данных в соответствии с доказанными полуэмпирическими уравнениями. Полученные результаты представлены на рис. 12 и 13.
Точность предсказания КПД во всех трех контрольных сечениях на рис. 12 хорошая в большей части диапазона работы. Расчёт предсказывает слишком высокие потери при больших отрицательных углах атаки (Ф > Фр) и недооценивает потери при больших положительных углах атаки (Ф < Фр). Точность расчёта коэффициента теоретического напора (рис. 13) менее внушительна. Рассчитанный коэффициент напора превышает измеренный приблизительно на 10 % в практически важной части рабочей зоны. Это означает, что расчёт потерь не очень точен, несмотря на очень хорошую точность расчёта КПД, так как КПД т|, коэффициент теоретического напора ц/т и коэффициент потерь С, связаны между собой следующим уравнением:

2|/ти
где ЛУ1 - скорость на входе в элемент; и2 - окружная скорость на выходе колеса. В данном случае измеренные и рассчитанные значения КПД очень