Методики и компьютеризированная технология двухуровневого газодинамического моделирования компрессоров авиационных ГТД

• Автор: Михайлова, Александра Борисовна
• Шифр специальности: 05.07.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Уфа
• Количество страниц: 242 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ПРИНЯТЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ
Обозначения параметров
Индексы
Основные сокращения
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ПРОБЛЕМЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1 Лопаточные машины. Область применения компрессоров.
Понятие характеристики компрессора
1.2 Структура процесса проектирования компрессора
1.3 Классификация математических моделей рабочего процесса компрессора на различных этапах проектирования
1.3.1 Одномерная модель рабочего процесса компрессора
1.3.2 Двухмерная модель рабочего процесса компрессора
1.3.3 Трехмерная модель рабочего процесса компрессора
1.4 Анализ систем моделирования компрессоров авиационных ГТД
1.4.1 Системы моделирования на базе одномерных моделей
1.4.2 Системы моделирования на базе двухмерных моделей
1.4.3 Системы моделирования на базе трехмерных моделей
1.4.4. Специализированный программный комплекс
для проектирования лопаточных машин Concepts NREC
1.5 Анализ проблемы и постановка задач исследования
ГЛАВА 2. СИМ COMPRESSOR И РЕАЛИЗАЦИЯ МЕТОДИК ГАЗОДИНАМИЧЕСКОГО МНОГОУРОВНЕВОГО
МОДЕЛИРОВАНИЯ КОМПРЕССОРОВ
2.1 Методика одномерного моделирования компрессоров
2.1.1 Реализация методики газодинамического расчета осевого компрессора по параметрам на среднем диаметре
2.1.2 Реализация методики газодинамического расчета
центробежного компрессора
2.1.3 Реализация в системе моделирования методики расчета характеристик осевых компрессоров по обобщенным зависимостям
2.1.4 Расширение области применения обобщенных зависимостей
при расчете высоконагруженных осевых ступеней

2.2 Методика двухмерного моделирования осевого компрессора
в СИМ COMPRESSORS
2.2.1 Вычисление коэффициента диффузорности (diffusion factor)
9 9 2 Связь фактора диффузорности и коэффициента потерь полного

давления
2.2.3 Расчет углов атаки и отставания при решении прямой

и обратной задач
2.2.4 Расчет степени повышения давления в роторе и коэффициента восстановления полного давления
с помощью коэффициента потерь
2.2.5 Алгоритм расчета в СИМ COMPRESSOR2D

Заключение по главе
ГЛАВА 3. МЕТОДИКА РАСЧЕТА ГРАНИЦЫ УСТОЙЧИВОЙ РАБОТЫ И ЕЕ ВЕРИФИКАЦИЯ
3.1 Неустойчивая работа компрессора
3.2 Расчет характеристики компрессора совместно
с границей устойчивой работы
3.3 Уточненный расчет границы устойчивой работы компрессора
3.4 Расчет границы устойчивой работы
в одномерной постановке для многоступенчатого компрессора
3.5 Расчет границы устойчивой работы
в двухмерной постановке
Заключение по главе
ГЛАВА 4. ВЕРИФИКАЦИЯ РАЗРАБОТАННЫХ МЕТОДИК В СИМ COMPRESSOR И COMPRESSORS
4.1 Расчет осевого компрессора в СИМ COMPRESSOR
4.1.1 Сравнение с экспериментом
4.1.2 Сравнение с СИМ KOMPR
4.2 Расчет центробежного компрессора в СИМ COMPRESSOR
4.3 Верификация методики одномерного расчета
характеристик осевых компрессоров в СИМ COMPRESSOR
4.4 Верификация расширенной методики одномерного расчета характеристик осевых компрессоров в СИМ COMPRESSOR
на примере высоконагруженной ступени

4.5 Верификация расширенной методики одномерного расчета характеристик осевых компрессоров в СИМ COMPRESSOR
на примере многосупенчатого компрессора
4.6 Верификация методики двухмерного расчета осевых компрессоров
4.7 Выработка рекомендаций по профилированию лопаточных венцов с использованием разработанной методики
2D расчета осевого компрессора
4.7.1 Влияние числа лопаток на основные параметры
рабочего колеса
4.7.2 Влияние парусности лопатки
на основные параметры рабочего колеса
4.7.3 Влияние относительной максимальной толщины профиля
на основные параметры рабочего колеса
4.7.4 Влияние положения точки максимальной толщины профиля
на основные параметры рабочего колеса
4.7.5 Влияние неравномерности потока
на основные параметры рабочего колеса
4.7.6 Выработанные рекомендации
4.7.7 Пример комплексной оптимизации лопаточного венца
с целью увеличения запасов газодинамической устойчивости
4.7.8 Приближенный расчет на прочность оптимизированного
и исходного лопаточного венца
Заключение по главе
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЯ

отставания и профильных потерь в лопаточном венце. В качестве критерия для оценки профильных потерь в лопаточном венце используется коэффициент диффузорности [24, 25].
Подход к построению двухмерной математической модели рабочего процесса, разработанный в NASA, (в меридиональном сечении) в дальнейшем использовался многими авторами. Например, в работе [38]. Koch и Smith предложили альтернативный модифицированный вариант коэффициента диффузорности для определения потерь в лопаточных венцах. В дальнейшем König и другие занимались усовершенствованием моделей определения потерь в до- и сверхзвуковых лопаточных венцах. Обширные теоретические и экспериментальные исследования представлены в монографии Хауторна [39].
Ряд работ за рубежом посвящен исследованию вторичных течений в осевых компрессорах, что позволило разработать математическую модель вторичных потерь полного давления в компрессоре. Этой теме посвящены работы [40, 41, 42]. Как правило, вторичные потери определяются нагруженностью лопаточного венца (diffusion factor) и в некоторых случаях величиной радиального зазора и толщиной пограничного слоя в виде эффективной площади поперечного сечения (blockage factor).
Отдельно стоит задача определения структуры потока и волновых потерь в транс- и сверхзвуковых лопаточных венцах. Существует множество подходов к определению волновых потерь в межлопаточном канале, например:
1) определение структуры потока в межлопаточном канале, вычисление индивидуальных потерь в каждом скачке уплотнения, определение суммарных волновых потерь полного давления в межлопаточном канале;
2) упрощенные математические модели волновых потерь в межлопаточном канале (1 косой скачок уплотнения + замыкающий прямой