Исследование влияния переменной по радиусу входной закрутки потока на эффективность межтурбинных переходных каналов ГТД

• Автор: Гладков, Юрий Игоревич
• Шифр специальности: 05.07.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Рыбинск
• Количество страниц: 152 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ДОСТИЖЕНИЯ В РАЗВИТИИ ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕЧЕНИЯ ГАЗА В МЕЖТУРБИННЫХ ПЕРЕХОДНЫХ КАНАЛАХ ГАЗОТУРБИННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
1.1 Основные тенденции в развитии газотурбинных двигателей по параметрам рабочего процесса и связанные с этим изменения в облике
их проточной части
1.2. Основные этапы развития и современная проблематика изучения течений в диффузорных каналах
1.3. Формирование современных взглядов на течение газа в диффузорных каналах при наличии входной закрутки потокаю
1.4. Оценочные параметры закрученных потоков
ВЫВОДЫ
ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО СТЕНДА И МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1 Экспериментальный стенд для исследования аэродинамических характеристик переходных каналов
2.2 Описание экспериментальной установки для исследования влияния входной закрутки потока на характеристики диффузорных каналов
2.3 Измеряемые параметры и методика проведения экспериментов
2.4 Применяемые в экспериментах зонды и приемники давления
2.5 Погрешности измерений
2.6 Методика обработки результатов измерений
ВЫВОДЫ
ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО
ИССЛЕДОВАНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК КАНАЛОВ

3.1 Программа экспериментального исследования
3.2 Исследования распределения угла потока в диффузорном
канале
3.3 Результаты исследования характеристик течения в диффузорном канале при разных значениях угла входной закрутки
потока
ВЫВОДЫ
ГЛАВА 4. ЧИСЛЕННОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПЕРЕХОДНЫХ КАНАЛОВ
4.1 Обзор разработанных численных методов, пригодных для решения поставленной задачи
4.2 Реализация одного из этих методов применительно к условиям модельных переходных каналов
4.3 Результаты численных расчетов
ВЫВОДЫ
ГЛАВА 5 АНАЛИЗ ОСОБЕННОСТЕЙ ТЕЧЕНИЯ В ДИФФУЗОРНЫХ КАНАЛАХ С ПРОФИЛИРОВАННЫМИ ОБРАЗУЮЩИМИ В УСЛОВИЯХ ВХОДНОЙ ЗАКРУТКИ ПОТОКА
5.1 Диффузорный канал с профилированными образующими
5.2 Определение отрывных зон
5.3 Рекомендации по проектированию переходных каналов турбин
ВЫВОДЫ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ВВЕДЕНИЕ
Исторически развитие газотурбинных двигателей шло по пути повышения степени сжатия и максимальной температуры рабочего тела в цикле. В последние полтора-два десятилетия эта тенденция привела к качественным изменениям в конструктивном облике газовоздушного тракта двигателя. В частности, рост плотности и энергонасыщенности рабочего тела вынуждал разработчиков двигателей максимально понижать относительные диаметральные размеры турбокомпрессора высокого давления. В то же время, необходимость обеспечения достаточно высокой массовой и газодинамической эффективности лопаточных машин каскада низкого давления требовала реализации относительно больших диаметральных размеров вентилятора и турбины низкого давления. В результате в конструкции двигателя появились ' специальные элементы — газодинамические переходники, соединяющие проточные части каскадов высокого и низкого давления.
Вскоре опыт разработки двигателей показал существенное влияние характеристик течения в газодинамических переходниках на эффективность двигателя в целом. Особенно актуально задача получения низких потерь встала для межтурбинных переходных каналов, где высокая скорость газа усугубляется диффузорным режимом течения, а в большинстве случаев и наличием в проточной части канала силовых стоек. С другой стороны современные авиационные ГТД имеют высокоперепадные одноступенчатые турбины, отличительной особенностью которых является невозможность получения осевого выхода потока из турбины. Таким образом, практически все межтурбинные переходные каналы работают в условиях наличия входной закрутки потока газов. В процессе доводки двигателей с межтурбинными переходниками разработчикам пришлось пойти на компромисс, то есть в ущерб эффективности турбины низкого давления по возможности пренебречь необходимостью в развитом переходнике, тем

Никурадзе использовал параметр, аналогичный параметру Г, но вместо толщины потери импульса о он применил толщину вытеснения о
Однако, метод Бури с использованием параметра Г применим только для областей с умеренным градиентом давления. Кроме того, нельзя считать что значение Г= - 0.06 надежно определяет положение точки отрыва. Так по данным Н.М.Маркова |Г8| = 0.028...0.035 [29]. По Никурадзе и Шлихтингу |Г5| = 0.05...0.12. Опыты Н.И.Константинова дали |Г5| = 0.035...0.09 [5].
Л.Г. Лойцянский [24], не ограничивая себя заранее видом функции ф(Ле**), вместо параметра Бури, получил близкий к нему параметр
Тт = 153.2—— ЛеЦ6, равный в точке отрыва Гт =-2
соответствует значению Г =-0.026...0.038. Отсюда Лойцянский делает вывод о том, что не существует единого параметра *т8> определяющего отрыв. Однако, разница формпараметра в точке отрыва сравнительно слабо сказывается на окончательные результаты расчета характеристик слоя в виде функции от продольной координаты в области, удаленной от точки отрыва.
Таким образом, на основании экспериментальных данных в работах по пограничному слою часто делается вывод, что однопараметрический метод расчета потока в областях с большими положительными градиентами давлений оказывается несостоятельным, так как вблизи точки отрыва существенное значение приобретают старшие производные скорости в уравнении пограничного слоя, характеризующие предысторию потока. Однако в тех случаях, когда распределение скорости на внешней границе пограничного слоя может быть представлено аналитической зависимостью, расчеты по 5** дают вполне приемлимое совпадение с опытными данными почти до точки отрыва [7].