Совершенствование методов проектирования газовых турбин на основе расчета газодинамических характеристик с учетом системы завесного охлаждения сопловых лопаток

• Автор: Ковалева, Наталья Николаевна
• Шифр специальности: 05.07.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Рыбинск
• Количество страниц: 145 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ПРОБЛЕМЫ

1.1 Тенденции развития параметров рабочего процесса газотурбинных двигателей

1.2. Аэродинамические характеристики коротких турбинных решеток

1.2.1 Вторичные течения в решетках турбомашин

1.2.2 Аэродинамические характеристики коротких турбинных решеток

1.3 Исследования в области газодинамики охлаждаемых турбин

Выводы по главе

ГЛАВА 2. ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ И МЕТОДИКИ ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА
2.1 Экспериментальный стенд для изучения аэродинамических характеристик решеток
2.2. Описание экспериментальной установки
2.3. Проведение экспериментального исследования в изотермических условиях
2.4. Принцип организации измерений
2.5. Применяемые приемники параметров потока
2.6. Методика обработки результатов измерений
2.7. Погрешности измерений
2.8. Анализ достоверности результатов
Выводы по главе
ГЛАВА 3. ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕЧЕНИЯ В РЕШЕТКЕ С ВЫДУВОМ ОХЛАДИТЕЛЯ ЧЕРЕЗ ПЕРФОРАЦИИ НА ВОГНУТОЙ СТОРОНЕ ПРОФИЛЯ И ЩЕЛЬ В ВЫХОДНОЙ КРОМКЕ ЛОПАТКИ
3.1 Обзор существующих численных методов для решения

поставленной задачи
3.2 Модели турбулентности (замыкание уравнений газовой динамики)
3.3 Создание расчетной сетки
3.4 Реализация численного решения
3.4.1 Постановка целей и задач численного моделирования
3.4.2 Модель расчетной области
3.4.3 Постановка задачи
3.4.4 Расчетная сетка
3.5 Результаты численного расчета
Выводы по главе
ГЛАВА 4. АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ЧИСЛЕННОГО И
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЙ ВЫДУВА ВОЗДУХА ЧЕРЕЗ ПЕРФОРАЦИИ, РАСПОЛОЖЕННЫЕ НА КОРЫТЦЕ ЛОПАТКИ
4.1 Влияние выдува воздуха через перфорации, расположенные на корытце лопатки, на потери в решетке с длинными лопатками
(й = 70 мм)
4.1.1 Выдув воздуха через столбцы перфораций,
расположенные на различном расстоянии от выходной кромки
4.1.2 Выдув воздуха через ряды перфораций, расположенные на различной высоте над торцевой поверхностью (обводом проточной части)
4.2 Влияние выдува воздуха через перфорации, расположенные на корытце лопатки, на потери в решетке с короткими лопатками
(й = 40 мм)
4.3 Влияние выдува воздуха через перфорации на корытце лопатки на составляющие потерь
4.4 Эмпирический метод расчета потерь в решетке
4.5 Влияние выдува воздуха через перфорации, расположенные

на корытце лопатки, на угол выхода потока в решетке с длинными лопатками (Ъ = 70 мм)
4.6 Влияние выдува воздуха через перфорации, расположенные на корытце лопатки, на угол выхода потока в решетке с короткими лопатками (Ъ = 40мм)
4.7 Эмпирическая зависимость для оценки угла выхода потока из решетки
Выводы по главе
ГЛАВА 5. ВЫДУВ ВОЗДУХА ЧЕРЕЗ ЩЕЛЬ В ВЫХОДНОЙ КРОМКЕ
5.1 Влияние выдува воздуха через щель на вогнутой поверхности профиля на потери в решетке с длинными лопатками (И = 70 мм)
5.2 Влияние выдува воздуха через щель на вогнутой поверхности профиля на потери в решетке с короткими лопатками (й = 40 мм)
5.3 Влияние выдува воздуха через щель на вогнутой поверхности профиля на составляющие потерь
5.4 Влияние выдува воздуха через щель на вогнутой поверхности профиля на углол выхода потока из решетки
5.5 Зависимость для оценки угла выхода потока из решетки при выдуве воздуха через щель на вогнутой поверхности профиля
Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
Приложение А

6) Взаимодействие выдуваемого воздуха с вторичными течениями рассматривается только при выдуве через перфорации на торцевой поверхности.
7) Ни один из известных методов расчета дополнительных потерь, вызванных системой охлаждения, не учитывает высоту решетки, которая является основным фактором, определяющим динамику вторичных течений.
Из вышесказанного следует, что проблема исследования влияния выдува охладителя на газодинамические характеристики сопловых аппаратов газовых турбин является актуальной, а результаты исследований в данной области могут быть полезны при проектировании охлаждаемых газовых турбин. В связи с этим сформулированы цели и задачи работы.
Цель работы - исследовать влияние системы завесного охлаждения на потери и углы выхода потока в сопловых аппаратах газовых турбин для разработки методов быстрой инженерной оценки параметров рабочего тела.
Задачи работы:
1. Проанализировать результаты исследований российских и зарубежных научных институтов в области взаимодействия, характеристик, и моделирования течения в сопловых аппаратах охлаждаемых газовых турбин.
2. Провести экспериментальное и численное исследование по определению влияния выдува воздуха через перфорации и щель на вогнутой поверхности профиля лопатки на потери энергии и углы выхода потока в решетке.
3. Проанализировать влияние высоты решетки на потери от системы охлаждения и угол выхода потока из охлаждаемой решетки, разработать методы оценки указанных величин на стадии предварительного проектирования турбин.