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
Турбомашины и турбоустановки

Диссертационная работа:

Чжэн Гуанхуа. Расчетно-экспериментальное исследование газодинамической и тепловой эффективности решеток высокоперепадных турбин : диссертация ... кандидата технических наук : 05.04.12 / Чжэн Гуанхуа; [Место защиты: Всерос. теплотехн. науч.-исслед. ин-т (ВТИ)].- Москва, 2008.- 185 с.: ил. РГБ ОД, 61 08-5/527

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Основные условные обозначения 4

Введение 6

Глава 1. Состояние вопроса и постановка задач исследования 10

1.1. Обоснование применения высокоперепадной ТВД в двигателях гражданской авиации 10

1.2. Способы оценки газодинамической эффективности турбинных решеток 17

1.3. Обзор экспериментальных стендов, методик и средств измерения

1.3.1. Обзор экспериментальных стендов 26

1.3.2. О критериях подобия и моделировании 37

1.3.3. Анализ средств измерений применяемых при исследовании прямых решеток

1.4. Способы моделирования теплового состояния охлаждаемых лопаток турбин 46

1.5. Постановка задач диссертации 54

Глава 2. Методика исследования газодинамической и тепловой эффективности решеток высокоперепадных турбин 56

2.1. Методика экспериментального исследования газодинамической эффективности решеток высокоперепадной турбины 57

2.1.1. Описание стенда, системы измерений и исследуемых моделей 57

2.1.2. Особенности исследования трансзвуковых турбинных решеток 65

2.1.3. Методика обработки экспериментальных данных и описание программы обработки 68

2.1.4. Методика проведения эксперимента 70

2.1.5. Погрешность экспериментальных измерений 79

2.2. Метод расчета течения вязкого газа в проточной части турбины 82

2.2.1. Система уравнений турбулентного течения вязкого газа 83

2.2.2. Граничные условия для турбулентного течения газа в решетке турбин 84

2.2.3. Метод решения системы уравнений 85

2.3. Методика расчета температурного поля охлаждаемых лопаток турбин...86

2.3.1. Методика расчета гидравлических сетей

2.3.2. Методика решения двумерной задачи теплопроводности 90

Глава 3. Расчетно-экспериментальные исследования газодинамической эффективности решеток высокоперепадных турбин 92

3.1. Геометрические особенности исследованных решеток 93

3.2. Результаты газодинамического расчетно-экспериментального исследования сверхзвуковых решеток ТВД

3.2.1. Исследования структуры потока в решетках 4 95

3.2.2. Профильные потери в решетках 1 -т- 4 99

3.2.3. Вторичные потери в решетках 1 -ь 4 99

3.2.4. Угол потока на выходе из решеток 1 4- 4 102

3.3. Итоговые результаты главы 3 103

Рисунки к главе 3 105

Глава 4. Разработка системы охлаждения рабочей лопатки высокоперепадных турбин 142

4.1. Описание системы охлаждения рабочих лопаток высокоперепадных турбин 143

4.2. Описание расчетной модели 145

4.3. Граничные условия на поверхности лопатки 1

4.3.1. Определение теплоотдачи на внешней поверхности лопатки 146

4.3.2. Определение коэффициентов теплоотдачи и температуры воздуха 147

4.3.3. Определение теплообмена в перфорации и температуры защитной пелены 150

4.4. Основные положения применения квазитрехмерной сопряженной модели теплового состояния пера лопатки 151

4.5. Результаты теплогидравлического расчета 154

Рисунки к главе 4 163

Заключение 176

Список литературы 1  

Введение к работе:

Актуальность темы. Стремление к повышению удельной тяги и снижению расхода топлива приводит к существенному увеличению уровня определяющих параметров турбин перспективных авиационных ГТД За два последних десятилетия температура газа перед турбиной возросла в 1,5 раза и достигла значений 1600 - 1800К, а степень сжатия в компрессоре л-/ возросла до значений 30-40 С другой стороны, для повышения конкурентноспособности современных и перспективных авиационных двигателей требуется снижать их себестоимость и стоимость обслуживания, в частности сокращать массу и габаритные размеры турбины при одновременном обеспечении высокой эффективности ступеней

Указанные тенденции приводят к применению одноступенчатой высоко-перепадной ТВД и многоступенчатой ТНД (с прямым или редукторным приводом вентилятора) в перспективных ТРДД ближне-средних магистральных самолетов (БСМС) для гражданской авиации (ГА) В настоящее время в ряде проектных организаций, занимающихся разработкой ТРДД для БСМС рассматривается подобная схема узла турбины

Однако экспериментальных и расчетных данных по газодинамическим характеристикам решеток высокоперепадных турбин недостаточно Необходимы систематические экспериментальные и расчетные исследования характеристик сопловых и рабочих решеток со сверхзвуковыми скоростями на выходе Для этого необходимо модернизировать (в частности, автоматизировать) экспериментальную установку, а также методику проведения эксперимента и методику обработки экспериментальных данных, что обеспечит получение надежных экспериментальных резучьтатов Это в свою очередь позволит также провести верификацию результатов современных численных методов расчета вязкого течения в проточной части

Температура газа перед высокоперепадной ТВД достигает 1600 - 1800К, в связи с чем требуется эффективное охлаждение ее лопаток В этих условиях особую важность приобретает использование расчетных методов для оценки и оптимизации теплового состояния лопатки при заданной конструктивной схеме системы охлаждения

Цель диссертационной работы состоит в исследовании газодинамической эффективности решеток высокоперепадных турбин на основе расчет-но-экспериментальных методов и разработке эффективной системы охлаждения лопаток транспортных и промышленных энергетических газотурбинных установок

Для достижения поставленной цели потребовалось решение следующих задач

1 Анализ существующих экспериментальных и расчетных методов оценки газодинамической эффективности решеток, а также существующих методик расчета теплового состояния лопаток

2 Усовершенствование экспериментальной установки У-300С ЦИАМ, модернизация методики проведения эксперимента при условиях характерных для высокоперепадных ступеней ТВД разработка программы вторичной обработки экспериментальных данных

3. Проведение экспериментальных исследований газодинамических характеристик 2-х рабочих и 2-х сопловых решеток высокоперепадной ТВД

(<-4,5-5)

  1. Проведение верификации расчетного метода по полученным экспериментальным данным и разработка рекомендации по повышению газодинамической эффективности сверхзвуковых решеток

  2. Проектирование конвективно-пленочной системы охлаждения рабочей лопатки и оценка ее тепловой эффективности на основе современных методов расчета теплового состояния

Методы исследования. Поставленные задачи решаются с помощью проведения серии экспериментов на экспериментальной установке У-300С для исследования турбинных решеток, расчетные исследования выполнены с использованием разработанных в ЦИАМ программ расчета вязкого течения в проточной части, расчет теплового состояния лопаток при разработанной системе охлаждения проведен с применением разработанной в ЦИАМ программы KW3D

Научная новизна полученных в диссертации результатов состоит в том, что

1 Проведены расчетно-экспериментальные исследования газодинамических характеристик серии сопловых и рабочих решеток высокоперепадной ТВД, которые позволили выявить особенности физической картины течения в исследуемых каналах и оценить газодинамическую эффективность решеток профилей по уровню профильных потерь

  1. Усовершенствована методика проведения экспериментального исследования газодинамической эффективности решеток высокоперепадных ТВД «=4,5-5)

  2. Разработана комбинированная конвективно-пленочная система охлаждения для рабочей лопатки высокоперепадной турбины и оценена ее тепловая эффективность

4 Представлена и опробована методика проектирования системы охлаждения с помощью упрощенного подхода, когда лопатка представлена плоскими сечениями, но профили параметров газа соответствуют реальным

Практическая ценность диссертации состоит в том, что модернизация установки У-ЗООС и методик экспериментирования обеспечивает высокую достоверность экспериментального исследования газодинамической эффективности решеток высокоперепадных ТВД Полученные в работе расчетные и экспериментальные результаты используются при проектировании и доводке проточной части высокоперепадных турбин авиационных газотурбинных двигателей, они могут быть также полезны при разработке турбинных ступеней промышленных энергетических установок

Реализация результатов работы. Результаты модернизации установки используются при экспериментальных исследованиях проектируемых современных высокоперепадных решеток Полученные расчетные и экспериментальные результаты используются в программах разработки высокоперепадных ТВД для перспективных БСМС ГА

Апробация работы. Основные результаты работы обсуждались и докладывались на 14-ой международной научно-технической конференции "Информационные средства и технологии" (Москва, октябрь 2006 г), на 13-ой ежегодной международной научно-технической конференции сгудентов и аспирантов "Радиоэлектроника, электротехника и энергетика" Москва, март 2007 г), на 15-ой международной научно-технической конференции "Информационные средства и технологии" (Москва, октябрь 2007 г), на 14-ой ежегодной международной научно-технической конференции студентов и аспирантов "Радиоэлектроника, электротехника и энергетика" (Москва, февраль 2008 г), на научно-технических заседаниях, проьодимых на отделе 018 ЦИАМ и на кафедре Паровых и газовых турбин МЭИ (ТУ)

Публикации. Основные результаты, полученные при выполнении диссертационной работы, опубликованы в 5 печатных работах

Структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех пав, заключения, списка испотьзованной литературы, включающего 82 наименования Диссертация содержит 185 страниц машинописного текста, из них 75 рисунков и 14 таблиц

Подобные работы
Аль-Мухаммед Мухаммед Джавад
Повышение эффективности сопловых решеток турбин на влажном паре изменением геометрических параметров и гидрофобными присадками
Веретельник Алексей Викторович
Исследование эффективности транспирационного охлаждения высокотемпературных газовых турбин
Фичоряк Ольга Михайловна
Исследование и разработка способов повышения эффективности работы мощных теплофикационных турбин
Голдин Александр Сергеевич
Исследование сопл гидропаровой турбины при истечении жидкости с большим недогревом до температуры насыщения
Лунин Игорь Александрович
Исследование функционирования сетевых подогревателей теплофикационных турбин Т-250/300-240 и разработка системы их технической диагностики
Комаров Олег Вячеславович
Исследования и одномерная оптимизация проточной части свободных силовых турбин с регулируемой первой ступенью приводных ГТУ и ГТД
Шевелев Денис Владимирович
Исследование физических особенностей течения рабочего тела и характеристик гидропаровой турбины
Готовцев Андрей Михайлович
Разработка и исследование систем стабилизации течения пара в выхлопных патрубках и выносных регулирующих клапанах паровых турбин
Яганов Александр Михайлович
Экспериментальное исследование влияния режимных факторов на вибрационное состояние и ресурс рабочих лопаток последних ступеней мощных теплофикационных турбин
Россихин Сергей Юрьевич
Разработка и исследование перфорированных экранов и их влияние на надежность и экономичность последних ступеней цилиндров низкого давления паровых турбин

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