Разработка принципов параметрического профилирования плоских решеток осевых компрессоров ГТУ на основании результатов многокритериальной оптимизации

• Автор: Блинов, Виталий Леонидович
• Шифр специальности: 05.04.12
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 169 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИЗ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Анализ характеристик ступеней осевых компрессоров газотурбинных установок и способы их дальнейшего совершенствования

1.2. Анализ методов профилирования плоских решеток

осевых компрессоров

1.3. Методы расчетного исследования течений в проточной части

осевых компрессоров

1.4. Принципы оптимизации лопаточного аппарата

осевых компрессоров

1.5. Постановка задач исследования

ГЛАВА 2. ПОСТАНОВКА ЧИСЛЕННОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕЧЕНИЯ В ПРОТОЧНОЙ ЧАСТИ ОСЕВОГО КОМПРЕССОРА
2.1. Численное исследование течения в плоских компрессорных решетках профилей
2.2. Численное исследование течения в ступени осевого компрессора
2.3. Численное исследование течения в осевом компрессоре
натурной ГТУ
2.4. Выводы по главе
ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА ТОПОЛОГИИ ПРОФИЛЯ ЛОПАТКИ
ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ ОПТИМИЗАЦИИ ЕЕ ФОРМЫ
3.1. Построение параметрической модели профиля, ее физическое обоснование и выбор переменных оптимизации
3.2. Разработка автоматизированного алгоритма профилирования
на основании предложенной топологии
3.3. Разработка автоматизированного алгоритма аппроксимации исходного профиля произвольной формы на основании предложенной топологии
3.4. Выводы по главе
ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА СХЕМЫ И РЕАЛИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА АВТОМАТИЧЕСКОЙ МНОГОКРИТЕРИАЛЬНОЙ ОПТИМИЗАЦИИ ФОРМЫ ПРОФИЛЯ ЛОПАТКИ
4.1. Разработка схемы автоматической оптимизации формы
профиля лопатки
4.2. Сравнительный анализ применения различных подходов к параметризации модели профиля при решении оптимизационных задач..
4.3. Оптимизация формы профиля лопатки на одном режиме течения
4.4. Исследование вариантов постановки задачи многорежимной многокритериальной оптимизации
4.5. Выводы по главе
ГЛАВА 5. АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ И РАЗРАБОТКА ОСНОВНЫХ ПРИНЦИПОВ ПРОФИЛИРОВАНИЯ ВЫСОКОНАПОРНЫХ СТУПЕНЕЙ ОСЕВЫХ КОМПРЕССОРОВ
5.1. Область выполненных задач оптимизации плоских решеток профилей в исследуемом диапазоне входных параметров
5.2. Разработка основных принципов профилирования высоконапорных ступеней ОК на основании анализа полученных результатов
5.3. Апробация разработанных принципов параметрического профилирования
5.4. Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
На сегодняшний день газотурбинные установки и двигатели получили широкое распространение во многих отраслях промышленности, например, в качестве двигателей летательных аппаратов (авиационная и космическая техника), привода электрического генератора (электроэнергетика) и технологических машин (химическая, нефтегазовая отрасли). Одним из ключевых факторов, определяющим эффективность работы ГТУ, является качество проектирования проточной части осевого компрессора и турбины. Несмотря на то, что течение в осевых турбомашинах в общем случае является пространственным, большое значение имеет рассмотрение упрощенной модели течения в плоских межлопаточных каналах.
В настоящее время отмечается тенденция к повышению нагруженности отдельных элементов турбомашин. Так, одним из основных направлений в области совершенствования осевых компрессоров является создание высоконапорных ступеней.
Проектирование лопаточного аппарата осевого компрессора заключается в определении формы профилей лопаток направляющих и рабочих венцов. Задача подбора профиля лопатки на каждом радиусе для заданных треугольников скоростей сводится к расчёту ряда плоских компрессорных решёток, обеспечивающих требуемое отклонение потока при минимальных коэффициентах потерь.
Первые ступени осевых компрессоров современных газотурбинных двигателей по большей части выполняются транс- и сверхзвуковыми. Тогда как, промежуточные и последние ступени остаются дозвуковыми, что обуславливает широкий интерес к их дальнейшему совершенствованию. Традиционный метод профилирования лопаточного аппарата осевых компрессоров состоит в использовании хорошо известных семейств профилей, например, профилей серии С илиТ4АСА-65, а-также двухдуговых и многодуговых профилей. С развитием современных вычислительных технологий появилась возможность разрабатывать

1.3.4. Характерные особенности проведения газодинамического расчета течения в осевых компрессорах при использовании ПК А^Ув СКХ
Для расчетов пространственного течения вязкого сжимаемого газа в проточных частях турбомашин в настоящее время применяются различные программные комплексы, основанные на решении уравнений газовой динамики [7, 36]. Одним из таких решателей является программный комплекс АИБУЭ СБХ [1,23,44].
Область течения газа (расчетная область) ограничена стенками (поверхности лопаток и меридиональных обводов) и проницаемыми границами (входное и выходное сечение, а также элементы поверхностей меридиональных обводов, через которые осуществляется протечки и отборы рабочего тела). Кроме того существуют границы периодичности потока (относятся к проницаемым границам), которые отделяют рассматриваемый межлопаточный канал от соседних каналов. Задача отыскания решения является задачей с начальными и граничными условиями. В качестве начальных условий рекомендуется использовать результаты решения задачи в упрощенной постановке [7]. В качестве граничных условий при проведении расчета компрессорной ступени, как правило, задаются следующие:
- полное давление и температура на входе в расчетную область;
- статическое давление или массовый расход рабочего тела на выходе из области.
Важной проблемой при расчете компрессорных ступеней, на которую стоит обратить особое внимание, является наличие обширных областей срыва потока на нерасчетных режимах работы ОК. Поэтому расчет ступени на таких режимах должен проводиться с особой осторожностью, а выбор определенного диапазона характерных параметров и конкретных моделей турбулентности производится на основании обширного опыта проведения таких исследований [1, 6, 13, 44, 60, 68, 87,89, 96, 102, 109,115, 117].