Исследование аэродинамики отрывного диффузора камеры сгорания газотурбинного двигателя с целью снижения гидравлических потерь на основе физического эксперимента и численного моделирования

• Автор: Фасил Али Гугсса
• Шифр специальности: 05.07.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Рыбинск
• Количество страниц: 137 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

СПИСОК УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ И СОКРАЩЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1.ОБЗОР РАБОТ ПО ОРГАНИЗАЦИИ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА КС АВИАЦИОННЫХ ГТД И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Рабочий процесс современных поточных КС и его проблематика

1.2 Типы диффузоров КС и их характеристики

1.3 Влияние геометрических и режимных параметров на характеристики отрывных диффузоров

Выводы по главе

ГЛАВА 2. ДВУХМЕР НОЕ ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕЧЕНИЕ В ОТРЫВНОМ ДИФФУЗОРЕ

2.1 Постановка задачи, расчетная область и граничные условия

2.2 Результаты двухмерного численного моделирования течения в отрывном диффузоре

Вывод по главе
ГЛАВА 3.МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ И СТЕНД ДЛЯ ЕЁ РЕАЛИЗАЦИИ
3.1 Методика экспериментального исследования
3.2 Экспериментальный стенд, измеряемые параметры и препарация объекта исследования
3.3 Обработка результатов эксперимента
3.4 Метрологическое обеспечение стенда и оценка погрешности средств измерения
Выводы по главе
ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ АЭРОДИНАМИКИ ОТРЫВНОГО ДИФФУЗОРА
4.1 Влияние распределения расходов воздуха между кольцевыми каналами
4.2 Влияние осевого положения обтекаемой жаровой трубы по
отношению к выходному сечению отрывного диффузора
4.3 Влияние степени раскрытия преддиффузора
4.4 Влияние числа Рейнольдса на характеристики отрывного диффузора
4.5 Математическая обработка результатов эксперимента и их анализ
Выводы по главе
ГЛАВА 5. ТРЕХМЕРНОЕ ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ АЭРОДИНАМИКИ ТЕЧЕНИЯ В ОТРЫВНОМ ДИФФУЗОРЕ И МЕТОДИКА ЕГО ПРОЕКТИРОВАНИЕ
5.1 Постановка задачи, математическая модель и граничные условия
5.2 Результаты трёхмерного численного моделирования течения в отрывном диффузоре
5.3 Анализ результатов расчета и их верификация по экспериментальным данным
5.4 Методики проектирование отравного диффузора
Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

СПИСОК УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ И СОКРАЩЕНИЙ
Ь - длина, образующей стенки диффузора, м;
ДИ,- высота кольцевого канала, м;
Б - площадь поперечного сечения, м2;
¥ — высота жаровой трубы, м;
Я - радиус в коническом диффузоре, м;
0 - половина угла раскрытия, наклона стенки преддиффузора, град.; в, Ст - массовый расход воздуха и топливо соответственно, кг/с;
Ьо- теоретическое необходимое количество воздуха для сжигания 1кг топлива Р - относительная (безразмерная) площадь;
Ср - коэффициент восстановления статического давления;
Ь - относительная безразмерная длина кольцевого диффузора;
5 - коэффициент распределения расходов воздуха;
Б -расчетный коэффициент распределения расходов; а - коэффициент избытка воздуха и угл раскрытия преддиффузора, град.; у/ — коэффициент кинетической энергии профиля скорости;
Е, — коэффициент гидравлических потерь;
О - расстояние между головкой жаровой трубы и выходным сечением преддиффузора, м; р - плотность, кг/м';
и — расходная, осевая компонента скорости, м/с;
Е - параметр профиля скорости;

В - параметр затенения проходного сечения;
Ср*- максимальный коэффициент восстановления давления на заданной длине; Ср**- максимальный коэффициент восстановления давления при заданном отношении площадей поперечных сечений;
8* - толщина вытеснения пограничного слоя, м;

Анализируя течение в преддиффузоре, авторы [7] в рамках одномерной модели течения записывают уравнения:
- Бернулли
Р1 + ¥,Р2 Ырг + МР,2 | +Ар,
(1.20)
- Расхода
Р,Ч =б2у2,
(1.21)
И определив коэффициент потерь £, как
получают зависимость для расчета коэффициента восстановления давления в виде
Р1-Р2

-Ъ,

( т? N
(1.22)
Из формулы (1.22) следует, что восстановление статического давления будет уменьшаться из-за искажения профиля скоростей (у/2Л|-/1 > 1,0) и из-за потерь полного давления (ф>0). Расширение потока неразрывно связано со
снижением доли кинетической энергии в потоке, а величина ц/| отражает её избыток в любом поперечном сечении по сравнению с равномерным течением. Рост |/ по длине диффузора неразрывно связан с потерей имеющейся энергии вследствие влияния вязкостных диссипативных сил.