Расчетно-экспериментальное исследование газодинамической и тепловой эффективности решеток высокоперепадных турбин

• Автор: Чжэн Гуанхуа
• Шифр специальности: 05.04.12
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 185 с. : ил.

Основные условные обозначения

Глава 1. Состояние вопроса и постановка задач исследования

1.1. Обоснование применения высокоперепадной ТВД в двигателях гражданской авиации

1.2. Способы оценки газодинамической эффективности турбинных решеток

1.3. Обзор экспериментальных стендов, методик и средств измерения

1.3.1. Обзор экспериментальных стендов

1.3.2. О критериях подобия и моделировании

1.3.3. Анализ средств измерений применяемых при исследовании прямых решеток

1.4. Способы моделирования теплового состояния охлаждаемых лопаток турбин

1.5. Постановка задач диссертации

Глава 2. Методика исследования газодинамической и тепловой эффективности решеток высокоперепадных турбин
2.1. Методика экспериментального исследования газодинамической эффективности решеток высокоперепадной турбины
2.1.1. Описание стенда, системы измерений и исследуемых моделей
2.1.2. Особенности исследования трансзвуковых турбинных решеток
2.1.3. Методика обработки экспериментальных данных и описание программы обработки
2.1.4. Методика проведения эксперимента
2.1.5. Погрешность экспериментальных измерений
2.2. Метод расчета течения вязкого газа в проточной части турбины
2.2.1. Система уравнений турбулентного течения вязкого газа
2.2.2. Граничные условия для турбулентного течения газа в решетке турбин
2.2.3. Метод решения системы уравнений
2.3. Методика расчета температурного поля охлаждаемых лопаток турбин
2.3.1. Методика расчета гидравлических сетей

2.3.2. Методика решения двумерной задачи теплопроводности.

Глава 3. Расчетно-экспериментальные исследования газодинамической
•эффективности решеток высокоперепадных турбин
3.1. Геометрические особенности исследованных решеток
3.2. Результаты газодинамического расчетно-экспериментального исследования сверхзвуковых решеток ТВД
3.2.1. Исследования структуры потока в решетках 1 ч
3.2.2. Профильные потери в решетках 1 ч
3.2.3. Вторичные потери в решетках 1 ч
3.2.4. Угол потока на выходе из решеток 1 ч
3.3. Итоговые результаты главы
Рисунки к главе
Глава 4. Разработка системы охлаждения рабочей лопатки высокоперепадных турбин
4.1. Описание системы охлаждения рабочих лопаток высокоперепадных турбин
4.2. Описание расчетной модели
4.3. Граничные условия на поверхности лопатки
4.3.1. Определение теплоотдачи на внешней поверхности лопатки
4.3.2. Определение коэффициентов теплоотдачи и температуры воздуха
4.3.3. Определение теплообмена в перфорации и температуры защитной пелены
4.4. Основные положения применения квазитрехмерной сопряженной модели теплового состояния пера лопатки
4.5. Результаты теплогидравлического расчета
Рисунки к главе
Заключение
Список литературы

Основные условные обозначения
р,’Г,р - соответственно, давление, температура, плотность; с; и’ - скорость, относительная скорость; а - ширина межлопаточного канала; а2 - ширина выходного сечения межлопаточного канала;
/ — хорда профиля;
Д с12 - толщина входной, выходной кромки; с12 - относительная толщина выходной кромки, с„ - максимальная толщина профиля;
1,Ь - шаг, ширина решетки;
Е,, Ег - углы сужения межлопаточного канала на входе и выходе;
Рп > Ргк ~ конструктивные углы решетки на входе и выходе;
Д, /Л - углы потока на входе и выходе из решетки;
Дь — эффективный угол решетки на выходе; у - угол установки профиля;
8 - угол отгиба спинки профиля;
®р©2 ~ углы заострения входной, выходной кромки; и 1р - угол отставания выходной кромки от эффективного угла;
М - число Маха;
[' — угол атаки;
X - приведенная скорость газа, коэффициент теплопроводности;
(р - коэффициент скорости;
4' — коэффициент профильных потерь;
е0 - степень турбулентности на входе в венец;
К - степень конфузорности решетки,
Р - периметр профиля (длина обводов профиля от точки сопряжения выходной кромки со спинкой до точки сопряжения ее с корытцем);

трехмерной постановке вносит существенные трудности, связанные с большой длительностью счета и трудоемкостью при подготовке исходных данных. Таким образом к началу 80-х годов в КАИ были разработаны методика расчета ЗП температурного поля в охлаждаемых деталях ВГТ и ее программная реализация, базирующаяся на вероятностном методе [38]. Эта методика была основана на модификации метода плавающего случайного блуждания, которая может устранять недостаточную точность аппроксимации границ и воспроизведения граничных условий. В таком случае, поверхность детали аппроксимируется ломаной поверхностью, состоящей из состыкованных между собой плоских многоугольников, в пределах каждого из которых может быть задан произвольный закон изменения граничных условий. Разработанная по этой методике программа позволяет рассчитывать температуры в деталях турбин как в стационарных, так и в нестационарных условиях. К сожалению гидравлический расчет в работе КАИ не рассматривался.
В первой половине 90-х годов в ХПИ была разработана методика совместного расчета гидравлических характеристик систем охлаждения и температурных полей охлаждаемых деталей ВГТ, реализованная в программном комплексе, который включал в себя ряд взаимосвязанных программ, единый банк данных и главный монитор всего комплекса [34]. С помощью главного монитора происходило осуществление вызова библиотеки файлов исходных данных, мониторов подсистем подготовки данных и выполнения расчетов, библиотеки основных, вспомогательных и сервисных программ. Библиотека основных, вспомогательных и сервисных программ включала в себя программы гидравлического расчета системы охлаждения ВГТ, расчета двумерных стационарных и нестационарных температурных полей, автоматического построения конечноэлементной сетки расчета теплообмена на профилях и торцевых поверхностях межлопаточных каналов и в решетках турбинных лопаток, а также программу представления результатов расчета в графической форме и вывода на печать.
С целью проведения расчетов температурных полей строится конечно-