Исследование циклических процессов теплопроводности и термоупругости в термическом слое твердого тела сложной формы

• Автор: Супельняк, Максим Игоревич
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Калуга
• Количество страниц: 249 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Основные сокращения и условные обозначения

Введение

Глава 1. Тепловые волны в технических задачах и методы их исследования

1.1. Тепловые волны в технике

1.2. Расчетное исследование термических напряжений в рабочей лопатке..

1.3. Аналитические методы исследования тепловых волн при нестационарном коэффициенте теплоотдачи

1.4. Краткие итоги главы

Глава 2. Расчетные схемы для исследования тепловых волн и термоциклических напряжений в термическом слое твердого тела сложной формы
2.1. Подходы к исследованию тепловых волн и термоциклических напряжений в твердом теле
2.2. Исследование тепловых волн в цилиндре с учетом инерции теплового потока
2.3. Исследование тепловых волн в цилиндре без учета инерции теплового потока
2.4. Предельные состояния поля температуры цилиндра
2.4.1. Высокочастотный процесс
2.4.2. Безградиентное поле температуры
2.4.3. Малая кривизна поверхности
2.5. Приближенное определение размаха колебаний температуры на поверхности цилиндра
2.6. Корректность постановки задачи теплопроводности без начальных условий
2.7. Термоциклические напряжения в цилиндре

2.8. Термоциклические напряжения при предельных состояниях поля температуры цилиндра
2.9. Тепловые волны в пространстве с цилиндрическим каналом
2.10.Термоциклические напряжения в пространстве с каналом
2.11.Инженерная методика расчета термоциклических напряжений в пар-циально охлаждаемой рабочей лопатке
2.12.Исследование тепловых волн в полупространстве с учетом конечной скорости распространения теплоты
2.13.Краткие итоги главы
Глава 3. Верификация расчетных схем на примере парциально охлаждаемой рабочей лопатки
3.1. Расчет ступени с парциальным охлаждением рабочих лопаток
3.2. Теплообмен в рабочей решетке
3.3. Верификация инженерной методики расчета термоциклических напряжений в парциально охлаждаемой рабочей лопатке
3.4. Краткие итоги главы
Глава 4. Расчетно-экспериментальное исследование циклической теплоотдачи на поверхности цилиндра
4.1. Циклическая теплоотдача при течении жидкости в канале
4.2. Описание экспериментального стенда
4.3. Методика проведения эксперимента
4.4. Оценка отклонения коэффициента теплоотдачи от точного значения..
4.5. Обработка результатов эксперимента
4.6. Краткие итоги главы
Заключение
Список литературы

ОСНОВНЫЕ СОКРАЩЕНИЯ И УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ Сокращения
ГТД - газотурбинный двигатель;
ГТУ - газотурбинная установка;
ГУ - граничное условие;
КПД - коэффициент полезного действия;
МЭИ - Московский энергетический институт;
ОДУ - обыкновенное дифференциальное уравнение;
ОИВТ РАН - Объединенный институт высоких температур РАН;
ПК - персональный компьютер;
РАН - Российская академия наук;
ТА — теплообменный аппарат.
Обозначения
а - коэффициент температуропроводности, м2/с; ар — продольная скорость звука в твердом теле, м/с; а£ - поперечная скорость звука в твердом теле, м/с;
Ь - коэффициент интенсивности охлаждения;
-& - хорда профиля лопатки, м;
с - удельная массовая теплоемкость, Дж/(кг • К);
ср - удельная массовая изобарная теплоемкость, Дж/(кг • К);
с - вектор абсолютной скорости в турбинной решетке, м/с;
Сф - фиктивная скорость, м/с; сС - диаметр, м;
£ - модуль Юнга, Па;
Г - площадь, м2;
С - массовый расход, кг/с;
§ - модуль сдвига, Па; к - удельная массовая энтальпия, Дж/кг;

Следует отдельно выделить разработанный A.B. Аттетковым и И.К. Волковым метод расщепления ядра обобщенного интегрального преобразования по пространственной переменной, который позволяет получить решения внешних задач теплопроводности в аналитически замкнутом виде. Подобная возможность объясняется независимостью параметра преобразования от времени для частично ограниченных областей. Использованию метода посвящена серия публикаций [4, 5, 6, 7, 8, 9, 10] и другие статьи. Рассмотрим основную идею подхода, для чего снова вернемся к задаче (1.6) - (1.10). Найдем ее решение с помощью обобщенного интегрального преобразования Фурье, для которого изображение температуры полупространства
Непосредственное использование преобразования в представленном виде оказывается невозможным, поскольку его ядро зависит не только от пространственной координаты, но и от времени, из-за чего

dß dti р
Представим ядро интегрального преобразования в виде
^[M(zn,Fo*)e£t + = 3i[M(m,Fo*)eixuX*],
где г = V—1 - мнимая единица; Ш[М(пт, ¥о*)е€ШХ ] - действительная часть комплекснозначной функции вещественного переменного;
В таком случае для изображений получаем зависимости

+ЛГ(-вх, Fo*) J Fo*) dx* = І [M(ju, FoFo*) +