Моделирование, анализ и совершенствование газодинамических характеристик судовых осевых сверхзвуковых малорасходных турбинных ступеней

• Автор: Фершалов, Юрий Яковлевич
• Шифр специальности: 05.08.05
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Владивосток
• Количество страниц: 355 с. : ил.

Оглавление
ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Обоснование и выбор метода исследования

1.2. Обоснование выбора факторов для построения математической модели КПД

1.2.1. Режимные факторы, влияющие на КПД турбин

1.2.1.1. Выбор режимных факторов для исследования их влияния на величину КПД

1.2.2. Конструктивные факторы, влияющие на КПД турбин

1.2.2.1. Выбор конструктивных факторов для исследования их влияния на величину КПД

1.3. Обоснование выбора факторов для построения математической модели степени реактивности

1.3.1. Режимные факторы, влияющие на величину рт

1.3.1.1. Обоснование выбора режимных факторов для исследования их влияния на величину рт
1.3.2. Конструктивные факторы, влияющие на величину рт
1.3.2.1. Обоснование выбора конструктивных факторов для исследования их влияния на величину рт
1.4. Обоснование выбора для СА прямоугольных сопел
1.5. Обоснование выбора факторов для математических моделей коэффициента у и угла а/
1.5.1. Режимные факторы, влияющие на коэффициент у
1.5.1.1. Выбор режимных факторов для исследования их влияния на коэффициенту
1.5.2. Конструктивные факторы, влияющие на коэффициент у
1.5.2.1. Выбор конструктивных факторов для исследования их влияния на коэффициент у
1.5.3. Факторы, влияющие на угол а/
1.6. Обоснование выбора факторов математических моделей для
коэффициента у и угла Дг
1.6.1. Режимные факторы, влияющие на коэффициент у/ :
1.6.1.1. Выбор режимных факторов для исследования их влияния на коэффициент у/
1.6.2. Конструктивные факторы, влияющие на коэффициент у/
1.6.2.1. Выбор конструктивных факторов для исследования их влияния на коэффициенту
1.6.3. Факторы, влияющие на угол Д?
2. СРЕДСТВА И МАТЕРИАЛЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1. Описание экспериментального стенда
2.2. Описание экспериментальной установки
2.3. Модельные ступени и элементы проточной части
2.3.1. Модельные сопловые аппараты
2.3.2. Модельные рабочие колеса
2.3.3. Модельные ступени
3. ПЛАНИРОВАНИЕ И ОБРАБОТКА ЭКСПЕРИМЕНТА
3.1. Планирование эксперимента
3.2. Измерения и их обработка
3.3. Газодинамические характеристики МРТ, СА и РК
3.3.1. Определение КПД и рт модельных ступеней
3.3.2. Определение газодинамических характеристик СА
3.3.3. Определение газодинамических характеристик РК
3.3.3.1. Результат корреляционного анализа факторов
3.4. Вычисление погрешности определяемых функций
3.5. Разработка математических моделей регрессионного типа
3.6. Проверка остатков на нормальность закона распределения
3.7. Оценка корреляции остатков с экспериментом
3.8. Анализ значимости коэффициентов регрессионных моделей
3.9. Оценка влияния на исследуемые функции факторов и их сочетаний
ЗЛО.Результаты имитационного моделирования
3.10.1. Оптимизация по одному фактору
3.10.2. Четырехмерная оптимизация
3.10.3. Визуальный анализ влияния факторов
3.11.Методика физического моделирования газодинамических процессов в
проточной части турбомашин
4. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ
4.1. Анализ результатов исследований КПД и рт
4.1.1. Изолированное влияние факторов на КПД и рг
4.1.2. Анализ влияния на КПД и рт степени расширения сопел
4.1.3. Анализ влияния на КПД и рт конструктивного угла выхода сопел
4.1.4. Анализ влияния на КПД и рт угла Рт
4.1.5. Анализ влияния на КПД и рт параметра Я„
4.1.6. Анализ влияния на КПД и рт параметра лт
4.2. Парное влияние факторов на КПД и рг
4.2.1. Анализ влияния на КПД и рт параметров/и ат
4.2.2. Анализ влияния на КПД и рт параметров/и Рт
4.2.3. Анализ влияния на КПД и рт параметров/и Хи
4.2.4. Анализ влияния на КПД и рт параметров/и лт
4.2.5. Анализ влияния па КПД и /?гуглов ат и Рт
4.2.6. Анализ влияния на КПД и рт параметров ат и Хи
4.2.7. Анализ влияния на КПД и рг параметров ат и лт
4.2.8. Анализ влияния на КПД и рт параметров Рт и Хи ;
4.2.9. Анализ влияния на КПД и рг параметров рт^- лт
4.2.10. Анализ влияния на КПД и рт параметров Хи и лт
4.3. Соотношение значений исследованных факторов, при которых г/ принимает максимальное значение
4.4. Анализ результатов исследований модельных СА
4.5. Изолированное влияние факторов на величины у и а/

В научных источниках отмечено, что влияние на эффективность турбин различных факторов не ограничивается простым влиянием каждого отдельно взятого фактора. Необходим учет влияния факторов на КПД при различной совокупности их абсолютных значений. Поэтому для полного анализа причин и величин изменения КПД необходимо комплексное исследование воздействия на него вышеперечисленных факторов, причем с учетом влияния наиболее весомых, с точки зрения воздействия на КПД, не только режимных, но и конструктивных факторов [299].
Выводы по разделу 1.2.
1. На основании обобщения и анализа результатов модельных и натурных исследований турбин, опубликованных в научных источниках, установлено, что на величину КПД влияют следующие режимные факторы: отношение окружной скорости рабочего колеса на среднем диаметре к скорости потока рабочего тела при выходе из сопел соплового аппарата, или к фиктивной скорости выхода рабочего тела из ступени, или к скорости звука в критическом сечении сопел; коэффициенты скорости СА и РК; степень реактивности; потери на трение и вентиляцию рабочего тела; утечка рабочего тела; число Рейнольдса; число Маха; отношение давления перед СА к давлению за РК; комплексная мощность и комплексный расход; угол атаки; универсальные характеристики турбинной ступени.
2. Влияние вышеперечисленных факторов на эффективность малорасходных турбин имеет сложный характер, поэтому для качественного анализа причины изменения КПД необходимо комплексное изучение совокупности наиболее влияющих факторов, независимых друг от друга.
3. Для выполнения качественного исследования КПД ступени малорасходной турбины необходим комплексный учет влияния совокупности наиболее весомых с точки зрения воздействия на него режимных факторов, к которым относятся: отношение давления на ступень и отношение окружной скорости рабочего колеса к скорости звука в критическом сечении сопел.