Повышение эффективности газовой турбины путем структурно-параметрической оптимизации обводов переходного канала и формы отверстий пленочного охлаждения

• Автор: Виноградов, Кирилл Андреевич
• Шифр специальности: 05.07.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Рыбинск
• Количество страниц: 168 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ПРОБЛЕМЫ. ПОСТАНОВКА ЦЕЛИ И ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Совершенствование газовой турбины путем роста температуры

1.1.1 Повышение эффективности конвективного охлаждения

1.1.2 Повышение эффективности пленочного охлаждения

1.2 Улучшение удельных параметров газовой турбины путем снижения массы и улучшения аэродинамической эффективности
1.2.1 Совершенствование газовой турбины путем сокращения длины и оптимизации обводов межтурбинного переходного канала
1.3 Методы оптимизации для решения задач повышения эффективности элементов охлаждаемых газовых турбин

1.3.1 Детерминированные методы оптимизации

1.3.2 Стохастические методы оптимизации
1.3.3 Методы структурно-параметрической оптимизации
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ
ГЛАВА 2 РАЗРАБОТАННЫЙ СПОСОБ ОПТИМИЗАЦИИ ЭЛЕМЕНТОВ ТУРБИНЫ
2.1 Описание разработанного способа оптимизации и его программной реализации
2.1.1 Подготовка исходных данных для проведения структурнопараметрической оптимизации
2.1.2 Сжатие геометрической информации об исходных вариантах
2.1.3 Генерация формы структурного уравнения связи
2.1.4 Определение коэффициентов уравнения регрессии
2.1.5 Оптимизация на полученной структурной замещающей модели
2.1.6 Обратное восстановление геометрических параметров оптимизированного варианта
2.1.7 Динамическое уточнение структурной замещающей модели
2.2 Особенности используемого подхода к численному моделированию
течения в элементах охлаждаемой турбины
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ
ГЛАВА 3 СТРУКТУРНО-ПАРАМЕТРИЧЕСКАЯ ОПТИМИЗАЦИЯ МЕЖТУРБИННЫХ ПЕРЕХОДНЫХ КАНАЛОВ
3.1 Обобщение геометрической информации о межтурбинных переходных каналах
3.2 Газодинамическое совершенствование «агрессивного» переходного канала
3.2.1 Описание используемой численной модели и верификации результатов расчетов
3.2.2 Оптимизация «агрессивного» межтурбинного переходного канала с помощью разработанного способа и программного комплекса
СМАРТ
3.3 Экспериментальное исследование и верификация полученных результатов
3.3.1 Описание экспериментальной установки и способа измерений
3.3.2 Методика обработки данных и оценка погрешностей результатов исследований
3.3.3 Анализ результатов экспериментальных исследований
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ
ГЛАВА 4 СТРУКТУРНО-ПАРАМЕТРИЧЕСКАЯ ОПТИМИЗАЦИЯ ОТВЕРСТИЙ ПЛЕНОЧНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ
4.1 Обобщение информации об отверстиях пленочного охлаждения
4.2 Разработка численной модели отверстия пленочного охлаждения и
ее верификация
4.3 Структурно-параметрическая оптимизация отверстий пленочного
охлаждения
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ А
ПРИЛОЖЕНИЕ Б
ПРИЛОЖЕНИЕ В
ПРИЛОЖЕНИЕ Г

рования интегрированной системы межтурбинного переходного канала, обеспечивающей повышение эффективности перспективных газотурбинных двигателей [27]. Однако разработанная методология в основном посвящена традиционным переходным каналам с большим удлинением и не полностью освещает вопросы, связанные с использованием «агрессивных» МПК, а также вопросы эффективной оптимизации меридиональных образующих.
Наибольший прогресс в исследовании аэродинамических процессов в «агрессивном» переходном канале был достигнут в Европейском Союзе, в рамках работ над исследовательским проектом AIDA («Aggressive intermediate duct aerodynamics») «Аэродинамика агрессивного переходного канала» [35].
Данный проект входил в шестую рамочную программу ЕС и собрал в себе ведущие европейские научные организации и промышленные предприятия. В рамках проекта AIDA был разработана и оптимизирована геометрия агрессивного переходного канала, построен экспериментальный стенд, проведены численные и экспериментальные исследования особенностей течения в «агрессивном» переходном канале и определено влияние основных геометрических и режимных параметров на характеристики канала, в первую очередь на его газодинамическую эффективность.
По результатам работ по проекту AIDA было опубликован ряд научных работ. Malzacher и Gottlich в [36] описали разработанный экспериментальный стенд, его адаптацию к проведению испытаний агрессивного переходного канала, способы измерения и фиксации аэродинамических параметров. На рисунке 1.11 приведена схема экспериментального стенда для исследования аэродинамических характеристик «агрессивного» переходного канала.
Для определения аэродинамических характеристик использовалось различное измерительное оборудование: гребенки замеров полного и статического давления, установленные в различных сечениях канала, замеры статического давления на меридиональных поверхностях канала, позволяющие определить размеры и интенсивность зон отрыва пограничного слоя. Также для визуализации течения использовались лазерные PIV методы измерения скорости частиц (PIV- Particle