Математическое моделирование гидродинамики и теплообмена газовой завесы при взаимодействии вдуваемых струй с пристенными вихрями

• Автор: Гусев, Максим Валерьевич
• Шифр специальности: 05.07.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Рыбинск
• Количество страниц: 152 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Общая характеристика работы
Глава 1. Завесное охлаждение в решетках турбомашин и влияние на него вторичных течений
1.1 Экспериментальные исследования завесного охлаждения и вторичных течений в решетках турбомашин
1.1.1 Исследование завесного охлаждения в области вторичных течений
1.1.2 Вторичные течения в турбинных решетках
1.1.3 Связь теплоотдачи с вторичными течениями
1.1.4 Методы воздействия на вторичные течения в турбинных решетках
1.2 Математическое моделирование завесного охлаждения и вторичных течений
1.2.1 Математические модели, используемые для расчета завесного охлаждения
1.2.2 Методы расчета струй, вдуваемых в основной поток
1.2.3 Математические модели расчета вторичных течений в проточной части турбомашин в окрестности торцевых стенок
Выводы по главе
Глава 2. Основные уравнения и метод численного моделирования
2.1 Особенности течения и основные уравнения применяемые к методу моделирования
2.2 Выбор модели турбулентности
2.3 Метод численного моделирования и программа расчета трехмерных течений вязкого газа при произвольных числах Маха
Выводы по главе

Глава 3. Экспериментальное исследование взаимодействия завесных струй с пристенными вихрями
3.1 Описание экспериментальной установки и методов исследования
3.1.1 Выбор метода исследования и его обоснование
3.1.2 Схема экспериментальной установки
3.1.3 Описание работы экспериментальной установки
3.1.4 Обработка результатов эксперимента
3.2 Взаимодействие завесной струи с продольным пристенным
вихрем
Выводы по главе
Глава 4. Численное моделирование взаимодействия завесных струй с пристенными вихрями
4.1 Конфигурация расчетной области
4.2 Поля скоростей, давлений и температур за вдуваемыми в основной поток струями охладителя
Выводы
4.3 Взаимодействие завесных струй с пристенными вихрями
Выводы
Основные результаты и выводы
Список используемых источников
Акт о внедрении результатов работы

Общая характеристика работы
Актуальность работы. Характерными особенностями турбин современных высокотемпературных ГТД являются малая относительная высота лопаток турбинных решеток и возрастающая потребность в интенсификации теплоотвода от торцевых стенок лопаточных решеток сопловых аппаратов (СА) первых ступеней турбин.
Первая особенность привела к тому, что поток в межлопаточных каналах СА является существенно трехмерным вследствие протяженных (в отношении к высоте лопаток) зон вторичных течений, основными элементами которых являются подковообразные и канальные вихри, располагающиеся у торцевых стенок.
Вторая особенность привела к повышению требований к системе охлаждения элементов проточной части и более широкому использованию, в дополнение к конвективному способу охлаждения, струйного завесного охлаждения не только лопаток, но и полок СА. В последнем случае формированию завесной пелены сильно препятствуют вторичные течения в виде пристенных вихрей. В то же время в экспериментальных исследованиях отмечались случаи снижения интенсивности вторичных течений под воздействием завесных струй и локальное усиление завесного эффекта при консервации вдуваемого охладителя в пределах вихрей. Эти эффекты в значительной степени определяются особенностями взаимодействия дискретных завесных струй с пристенными вихрями. Для вскрытия этого механизма требуется изучение течения на уровне полей физических величин. Взаимодействие, как правило, происходит в достаточно тонких пристенных слоях, что затрудняет его экспериментальное изучение. В этих условиях тредставляется перспективным использование численного моделирования на Зазе наиболее общих уравнений.

Ах = х - л0,5™ , щели вдува.
Эти зависимости не отражают влияния начальных условий организации завесы.
В работе [55] при вдуве через одиночную тангенциальную щель на пластине, со схемой течения, показанной на рис. 1.4, получено:
-на длине участка х < Хо пластина омывается только вдуваемым газом, здесь Тстад—Тв и 0 = 1.0.
Рис. 1.4 Схема течения при вдуве через одиночную тангенциальную щель на пластине.
Длину начального участка х0 определяют, по теоретической зависимости [56] для ядра свободной плоской турбулентной струи:
где знак «-» соответствует режимам Ув > У]
Начиная с сечения х = Хо, вследствие перемешивания потоков, эффективность завесы падает.