Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Судовые энергетические установки

Диссертационная работа:

Кериди Панает Георгиевич. Совершенствование входных устройств осевых турбин агрегатов наддува судовых дизелей на основе физического эксперимента и численного моделирования : дис. ... канд. техн. наук : 05.08.05 СПб., 2006 141 с. РГБ ОД, 61:07-5/1696

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Список сокращений и аббревиатур 4

Список обозначений 5

Введение 6

Глава 1. Анализ методов проектирования входных устройств турбомашин и
постановка задачи исследования 11

  1. Эмпирические и полуэмпирические модели в методиках проектирования входных устройств турбомашин 11

  2. Теоретические методы расчета входных устройств турбомашин 27

  3. Постановка задачи исследования 40 Глава 2. Экспериментальная установка, объекты и методика исследования входных устройств осевых турбин 43

2.1. Описание экспериментальных установок и объектов исследования 43
2.2.Методика исследования входных устройств осевых турбин 50

Глава 3. Аэродинамическое исследование входного устройства осевой турбины
агрегатов наддува и разработка математической модели 57

3.1. Входное устройство с односторонним подводом рабочего тела 58

3.2.0братное влияние соплового аппарата турбины на распределение
параметров во входном устройстве 62

3.3. Математическая модель трехмерного потока невязкой несжимаемой
жидкости 77

3.4. Проверка адекватности математической модели в сравнении с
результатами точных решений и экспериментальными данными 83
Глава 4.Совершенствование входных устройств осевых турбин на основе
анализа результатов экспериментальных исследований и численного
моделирования 92
4.1. Совершенствование входных устройств осевых турбин на основе
численного моделирования 92

  1. Аэродинамическое исследование входного устройства осевой турбины с симметричным подводом рабочей среды с двумя газоприемными патрубками спрофилированного на основе численного моделирования 101

  2. Аэродинамическое исследование входного устройства осевой турбины с симметричным подводом рабочей среды с одним газоприемным патрубком спрофилированного на основе численного моделирования 111 Заключение 131 Список использованной литературы 133 Публикации по теме диссертации 13 9

Список сокращений и аббревиатур

Re — число Рейнольдса;

ABB — «Asea Brown Boveri» (Швейцария);

БИТМ — Брянский институт тяжелого машиностроения;

БНА — безлопаточный направляющий аппарат;

ВУ — входное устройство;

ГТД — газотурбинный двигатель;

КЭ — конечный элемент;

М — число Маха;

МГЭ — метод глобальных элементов;

МКЛТ — метод кривизны линий тока;

МКО — метод конечного объема;

МКР — метод конечных разностей;

МКЭ — метод конечных элементов;

НАМИ — научно-исследовательский автомоторный институт (г. Москва);

НГМА — Новороссийская государственная морская академия;

НТК — научно-техническая конференция;

С А — сопловый аппарат;

СКБТ — специальное конструкторское бюро турбонагнетателей, г. Пенза

(Россия);

СПбГМТУ — Санкт-Петербургский государственный морской технический

университет (ранее ЛКИ);

ЦНИДИ — центральный научно- исследовательский институт.

Список обозначений

а — угол выхода потока; г —радиус; I — длина лопатки; S — плотность;

р — угол раскрытия в меридианном сечении;

С — скорость;

Ф — окружная координата, потенциал;

і — угол атаки;

р — давление;

\ — коэффициент потерь;

К — корень;

П — периферия;

ср — средний.

Индексы

а, г, и — осевое, радиальное и окружное направление.

Введение к работе:

Актуальность проблемы исследования. На судах морского и речного флота различного назначения в качестве главного и вспомогательного двигателей применяется двигатель внутреннего сгорания, мощность которого в последних модификациях достигает несколько десятков мегаватт. Основным направлением повышения технико-экономических показателей судовых двигателей является совершенствование, как самих двигателей, так и агрегатов наддува.

В настоящее время в качестве агрегатов наддува судовых дизелей наибольшее распространение получили турбокомпрессоры:

отечественных производителей: Брянского машиностроительного завода, Специального конструкторского бюро турбонагнетателей и дизелестроительного завода (г. Пенза) и др.;

зарубежных производителей: «ASEA BROWN BOVERI» (ABB, Швейцария), MAN B&W Diesel (Германия-Дания), CATERPILLAR (CAT, США) и др.

Повышение цен на нефтепродукты, ужесточение экологических требований на морском и речном транспорте, конкурентная борьба между производителями двигателей и агрегатов наддува за рынки сбыта потребовали от предприятий дальнейшего совершенствования производства, улучшения качества и снижения себестоимости продукции. В последнее время основное внимание в сфере производства двигателей и агрегатов наддува было сконцентрировано на следующих направлениях:

улучшение качества топливосгорания и газообмена дизеля;

повышение уровня форсировки и мощности дизеля;

уменьшение удельного расхода топлива на установку;

улучшение качества работы дизеля на частичных нагрузках;

возможность работы на тяжелом топливе все более низкого качества;

увеличение КПД и степени повышения давления агрегатов наддува;

расширение возможностей утилизации существующего энергетического потенциала.

Разработкой теории и расчетами турбин и компрессоров в составе агрегатов наддува судовых двигателей, изучением вопросов их совместной работы с двигателем, совершенствованием технической эксплуатации турбонаддувочных агрегатов занимались многие известные инженеры и ученые России: Байков Б.П., Ваншейдт В.А., Бордуков В.Т., Дейч Р.С., Дехович Д.А., Камкин СВ., Иванченко Н.Н., Круглов М.Г., Орлин А.С., Петровский Н.В., Розенберг Г.Ш., Межерицкий А.Д., Возницкий И.В. и многие другие, внесшие значительный вклад в совершенствование методов проектирования, конструкций и технической эксплуатации турбонаддувочных агрегатов. Следует также отметить исследования в данном направлении зарубежных ученых Бенена Р., Майера Е., Симпсона А.Э.

Одним из направлений повышения эффективности агрегатов наддува является аэродинамическое совершенствование входных устройств (ВУ) турбины. Это актуально особенно в тех случаях, когда по условиям компоновки агрегата наддува на дизеле ВУ газовой турбины имеет сложную форму (как по направлению движения рабочей среды, так и по изменению поперечных сечений потока), отличающуюся от ВУ улиточного типа. Опубликованных результатов исследований по ВУ осевых турбин такого типа нет. Аэродинамическое совершенствование ВУ турбин может выполняться на основе экспериментальных исследований на специальных стендах или численных методов. В свою очередь численные методы могут быть разработаны на основе модели течения идеальной или вязкой жидкости. Реализация модели идеальной жидкости позволяет с требуемой точностью обеспечить создание такого метода, но требует разработки граничных условий, проверки адекватности и т.п. Модель течения вязкой жидкости дает более точный результат, но требует дополнительных затрат на использование дорогого программного обеспечения и адаптацию программного комплекса на исследуемый объект.

Исследования проводились по поручению ОАО СКБТ (г. Пенза).

Объект исследования — ВУ осевой турбины современных агрегатов наддува судовых среднеоборотных дизелей.

Предмет исследования — аэродинамическое совершенствование ВУ современных агрегатов наддува судовых среднеоборотных дизелей.

Цель диссертационной работы — совершенствование ВУ осевых турбин турбокомпрессоров судовых среднеоборотных дизелей на основе физического эксперимента и численного моделирования.

В соответствии с объектом, предметом, проблемой и целью исследования поставлены следующие задачи:

изготовление стенда для исследования элементов турбин агрегатов наддува и специальных аэродинамических зондов;

экспериментальное исследование ВУ осевых турбин сложной формы (неулиточного типа); определение влияния соплового аппарата турбины на структуру потока в ВУ;

разработка математической модели расчета трехмерного потока невязкой несжимаемой жидкости в ВУ осевой турбины. Проверка адекватности;

численное моделирование ВУ осевых турбин на базе математической модели трехмерного потока невязкой несжимаемой жидкости и отражение результатов моделирования в разработке рекомендаций по совершенствованию ВУ осевых турбин;

аэродинамическое исследование на экспериментальном стенде натурных моделей ВУ, полученных путем численного моделирования.

Методы решения поставленных задач. В диссертационной работе используются методы аэродинамического экспериментального исследования и численного моделирования.

Научная новизна результатов работы заключается в следующем:

получены экспериментальным путем аэродинамические характеристики
входного устройства, распределение параметров потока как внутри, так и на
выходе из ВУ осевой турбины сложной формы (не улиточного типа);

определено обратное влияние соплового аппарата турбин на распределение параметров потока в ВУ осевой турбины сложной формы;

разработана математическая модель расчета трехмерного потенциального потока несжимаемой жидкости в ВУ осевой турбины сложной формы и проверена ее адекватность;

предложены методы аэродинамического совершенствования ВУ осевых турбин турбокомпрессоров судовых среднеоборотных дизелей;

на основании результатов расчета и предложенных методов совершенствования ВУ изготовлены натурные модели входных устройств, а также проведены экспериментальные аэродинамические исследования.

Теоретическое значение результатов работы заключается в получении эмпирических зависимостей и математической модели расчета ВУ осевых турбин сложной формы, позволяющих выполнять расчет таких ВУ.

Практическая значимость работы состоит в том, что результаты аэродинамических экспериментальных исследований (входных устройств с сопловым аппаратом и без него) и математическая модель расчета ВУ осевых турбин турбокомпрессоров судовых дизелей применяются в виде рекомендаций по совершенствованию конструкций ВУ и программного комплекса. Это позволяет их использовать при проектировании и изготовлении турбокомпрессоров судовых дизелей.

Результаты экспериментальных исследований и разработанная математическая модель расчета внедрены в СКБТ (г. Пенза), используются в учебном процессе профилирующих кафедр СПбГМТУ и НГМА.

Достоверность научных результатов достигается комплексным использованием известных, проверенных практикой методов проведения аэродинамического эксперимента, тарировкой аэродинамических зондов, разработкой математической модели расчета на основе метода конечных элементов и фундаментальных законов и уравнений термодинамики и газодинамики, проверкой адекватности модели на точном решении и сравнении с результатами экспериментальных исследований.

На защиту выносятся:

результаты аэродинамических экспериментальных исследований ВУ осевых турбин сложной формы (с сопловым аппаратом и без соплового аппарата);

математическая модель расчета трехмерного потенциального потока несжимаемой жидкости в ВУ осевой турбины;

рекомендации по совершенствованию ВУ осевых турбин сложной формы и результаты аэродинамических исследований ВУ.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационного исследования докладывались и обсуждались на международных, всероссийских (всесоюзных) и отраслевых научно-технических конференциях (НТК): всесоюзные НТК «Жизнь и компьютер» (Харьков, 1990), МВТУ имени Н.Э. Баумана (Москва, 1991); всероссийская НТК «Проектирование, эксплуатация и ремонт энергетических установок и их элементов» (Новороссийск, 1999); международная НТК «Надежность и ремонт машин» (Орел, 2005); НТК в СПбГМТУ и НГМА (Новороссийск, 2000).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ. Результаты исследований представлены в 3 отчетах по хоздоговорным и госбюджетным НИР.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списков использованной литературы (52 наименования) и списка опубликованных научных работ автора.

Подобные работы
Чемодаков Андрей Леонидович
Совершенствование грузобалластных операций танкеров на основе моделирования осушения цистерн с днищевым набором
Стрельников Дмитрий Владимирович
Совершенствование и техническая эксплуатация судовых грузопередающих устройств с адаптивными приводами слежения
Епихин Алексей Иванович
Анализ процессов износа входных устройств радиально-осевых турбин турбокомпрессоров судовых дизелей на основе расчета двухкомпонентной рабочей среды
Филь Александр Викторович
Повышение функциональной надежности систем наддува и пускового воздуха главного судового дизеля на базе применения информационных технологий
Лемещенко Александр Леонидович
Оптимизация параметров систем газообмена и наддува с целью повышения топливной экономичности судовых дизелей с прямоточной продувкой
Гаврилов Владимир Васильевич
Методы повышения качества смесеобразования и сгорания в судовом дизеле на основе математического и физического моделирования локальных внутрицилиндровых процессов
Самойленко Анатолий Юрьевич
Повышение эффективности эксплуатации судовых дизелей на основе совершенствования методов и средств контроля их режимных параметров
Петросов Константин Вадимович
Совершенствование выходных диффузоров стационарных газовых турбин на основе физического эксперимента и численного моделирования
Васюткина Ирина Александровна
Программно-математические средства статистического моделирования на основе данных пассивного эксперимента
Фасил Али Гугсса
Исследование аэродинамики отрывного диффузора камеры сгорания газотурбинного двигателя с целью снижения гидравлических потерь на основе физического эксперимента и численного моделирования

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net