Разработка моделей расчета аэродинамических характеристик турбомашин и их применение на этапе проектирования
![Диссертация: Разработка моделей расчета аэродинамических характеристик турбомашин и их применение на этапе проектирования](https://westud.ru/work/3113069/cover.png)
Диссертация
В настоящее время основное направление численных методов расчета турбулентных течений состоит в решении осредненных уравнений Навье-Стокса. При осреднении по времени в уравнениях возникают слагаемые, интерпретируемые как градиенты «кажущихся» напряжений и тепловых потоков, связанных с турбулентным движением. Эти новые величины зависят от характеристик осредненного течения посредством моделей… Читать ещё >
Содержание
- 1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ПРОБЛЕМЫ
- 1. 1. Методы математического моделирования течения газа в межлопаточных каналах турбомашин
- 1. 1. 1. Основные уравнения газовой динамики
- 1. 1. 2. Моделирование турбулентности
- 1. 2. Обзор работ посвященных численному моделированию течения газа в турбомашинах
- 1. 2. 1. Численные методы и подходы
- 1. 3. Выводы
- 1. 1. Методы математического моделирования течения газа в межлопаточных каналах турбомашин
- 2. ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛ
- 2. 1. Физическая модель
- 2. 2. Математическая модель
- 2. 2. 1. Двухмерная модель течения газа
- 2. 2. 2. Модель течения газа в слое переменной толщины на поверхности струйки тока
- 2. 3. Численный метод
- 2. 3. 1. Выбор численного метода
- 2. 3. 2. Конечно-разностная схема численного метода
- 2. 3. 2. 1. Двухмерные уравнения в декартовой системе координат
- 2. 3. 2. 2. Двухмерные уравнения в слое переменной толщины для цилиндрической системы координат
- 2. 3. 3. Граничные условия
- 2. 4. Алгоритм расчета
- 2. 5. Выводы
- 3. РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА И ВЕРИФИКАЦИЯ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ
- 3. 1. Верификация математической модели на примере турбинных лопаток
- 3. 2. Верификация математической модели для слоя переменной толщины
- 3. 3. Сравнение моделей турбулентности на лопатке с развитой зоной обратных токов
- 3. 4. Выводы
- 4. ПРИМЕНЕНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ВЫСОКОГО УРОВНЯ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЛОПАТОК ТУРБОМАШИН
- 4. 1. Применение математических моделей на стадии проектирования лопаток основанное на решении стационарных задач аэродинамики
- 4. 2. Перспективные задачи аэродинамического проектирования лопаточных венцов
- 4. 2. 1. Нестационарное взаимодействие венцов
- 4. 2. 2. Прямое численное моделирование (DNS)
- 4. 3. Выводы
Список литературы
- Андерсон, Д. Вычислительная гидромеханика и теплообмен Текст.: в 2 т. / Д. Андерсон, Дж. Таннехилл, Р. Плетчер- пер. с англ. М.: Мир, 1990. -728 с.
- Белоцерковский, О. М. Метод крупных частиц в газовой динамике Текст. / О. М. Белоцерковский, Ю. М. Давыдов // Вычислительный эксперимент. М.: Наука, 1982. — 352 с.
- Годунов, С. К. Численное решение многомерных задач газовой динамики Текст. / С. К. Годунов. М.: Наука, 1976. — 400 с.
- Barakos, G. Investigation of nonlinear eddy-viscosity turbulence models in shock/bondary-layer interaction Text. / G. Barakos, D. Drikakis // AIAA Journal. -2000. V. 38, N 3. — P. 461 — 469.
- Бим, P. M. Неявная факторизованная разностная схема для уравнений Навье-Стокса течения сжимаемого газа Текст. / Р. М. Бим, Р. Ф. Уорминг // Ракетная техника и космонавтика. — 1978. — № 4. — С. 145 156.
- Расчеты двух и трехмерных трансзвуковых течений в решетках с использованием уравнений Навье-Стокса Текст. / Вайнберг, Янг, Макдональд [и др.] // Энергетические машины. 1986. — № 1. — С. 58 — 68.
- Ха. Метод расчета трехмерных турбулентных течений в каналах турбинных решеток на расчетных и нерасчетных режимах с применением уравнений Навье-Стокса Текст. / Ха // Энергетические машины. 1984. — № 2. — С. 72 — 80.
- Hussaini, M. Y. On Large-Eddy Simulation of Compressible Flows Text. / M. Y. Hussaini // AIAA Paper. 1998. -N 2802. — 12 p.
- Гуляев, А. Н. созданию универсальной однопараметрической модели для турбулентной вязкости Текст. / А. Н. Гуляев, В. Е. Козлов, А. Н. Секундов // Механика жидкости и газа. 1993. — № 4. — С. 61 — 81.
- Weinerfelt, Per. Prediction of lift losses due to surface roughness by means of a 2D Navier-Stokes solver Text. / Per Weinerfelt // ICAS-2000 CONGRESS. -W. C., 2000.-P 2113.1 -2113.10.
- CFX-TASCflow computation fluid dynamics software. Theory documentation Version 2.11. Discretization Text. // AEA Technology. W. C., 2001.-P. 97−125.
- Yang, R. J. Turbine Blade Heat Transfer Prediction in Flow Transition Using k-w Two-Equation Model Text. / R. J. Yang, W. J. Luo // AIAA Paper. -1996.-N2793.- 11 p.
- Иванов, M. Я. Расчет трехмерного течения вязкого газа в прямой решетке профилей Текст. / М. Я. Иванов, В. Г. Крупа // Механика жидкости и газа. 1993. — № 4. — С. 58 — 68.
- Белоцерковский, О. М. Численное моделирование в механика сплошных сред Текст. / О. М. Белоцерковский. М.: Наука, 1984. — 519 с.
- Иванов, М. Я. Неявная схема С. К. Годунова повышенной точности для интегрирования уравнений Навье-Стокса Текст. / М. Я. Иванов, В. Г. Крупа, Р. 3. Нигматуллин // Журнал вычисл. матем. и матем. физ. 1989. -Т. 29, № 6.-С. 888−901.
- Липанов, А. М. Численное моделирование вязких дозвуковых потоков при числе рейнольдса 104 Текст. / А. М. Липанов, Ю. Ф. Кисаров, И. Г. Ключников // Математическое моделирование. 1997. — Т. 9, № 3. — С. 3 — 12.
- Jouini, D. В. М. Midspan Flow-Field Measurements for Two Transonic Linear Turbine Cascades at Off-Design Conditions Text. / D. В. M. Jouini, S. A. Sjolander, S. H. Moustapha // Jornal of Turbomachinery. 2002. — V. 124, N 2. -P. 176- 186.
- Medic, G. Toward Improved Prediction of Heat Transfer on Turbine Blades Text. / G. Medic, P. A. Durbin // Jornal of Turbomachinery. 2002. — V. 124, N 2. -P. 187−192.
- Yershov, S. V. Numerical simulation of 3D viscous turbomachinery flow with high-resolution ENO scheme and modern turbulence model Text. / S. V. Yershov, A. V. Rusanov // Task quarterly. 2001. — V. 5, N 4. — P. 459 — 476.
- Rizzetta, D. P. Direct Numerical and Large-Eddy Simulation of Supersonic Flows by a High-Order Method Text. / D. P. Rizzetta, M. R. Visbal, D. V. Gaitonde // AIAA Paper. 2000. — N 33 834. — 12 p.
- Лойцянский, Л. Г. Механика жидкости и газа Текст. / Л. Г. Лойцянский: учеб. для вузов. 7-е изд., испр. — М.: Дрофа, 2003. — 736 с.
- Прандтль, Л. Гидроаэромеханика Текст. / Л. Прандтль. Ижевск: НИЦ Регулярная и хаотическая динамика, 2000. — 576 с.
- CFX-TASCflow computation fluid dynamics software. Theory documentation Version 2.11. Turbulence Closure Models Text. // AEA Technology. -W. C., 2001.-P. 25−73.
- Wilcox, D. C. Reassessment of the Scale-Determining Equation for Advanced Turbulence Models Text. / D. C. Wilcox // AIAA Journal. 1988. -V. 26, N 11. — P. 1299- 1310.
- Tsan-Hsing Shih. Turbulence model developments at ICOMP Text. / Tsan-Hsing Shih // AIAA 98−3243. Cleveland, 1998. — 15p.
- Стрелец, M. X. Применение метода моделирования отсоединенных вихрей для расчета гидродинамики и теплообмена в отрывных турбулентных потоках Текст.: в 8 т. / М. X. Стрелец, А. К. Травин, М. JL Шур // РНКТ-3. -Санкт-Петербург, 2002. Т. 3. — С. 273 — 276.
- Иванов, М. Я. Неявная схема С.К. Годунова повышенной точности для численного интегрирования уравнений Эйлера Текст. / М. Я. Иванов, Р. 3. Нигматуллин // Вычисл. матем. и матем. физ. 1987. — Т. 27, № 11. -С. 1725- 1735.
- Санкар, Л. Н. Расчеты трансзвукового обтекания крыла истребителя на основе уравнений Эйлера Текст. / Л. Н. Санкар, Дж. Б. Мэлоун, Д. Шустер // Аэрокосмическая техника. 1987. — № 11. — С. 3 — 10.
- Чакраварти, С. Р. Расчет трехмерных сверхзвуковых течений с дозвуковыми зонами на основе уравнений Эйлера Текст. / С. Р. Чакраварти, К.-Й. Жем // Аэрокосмическая техника. 1987. — № 11. — С. 22 — 35.
- Йи, Г. С. Неявные схемы TVD для гиперболических систем уравнений, записанных в консервативной форме относительно системы криволиненйных координат Текст. / Г. С. Йи, А. Хартен // Аэрокосмическая техника. 1987. -№ 11.-С. 11−21.
- Аэродинамический расчет и оптимальное проектирование проточной части турбомашин Текст. / А. В. Бойко, Ю. Н. Говорущенко, С. В. Ершов [и др.]. Харьков: НТУ «ХПИ», 2002. — 356 с.
- Флетчер, К. Вычислительные методы в динамике жидкостей Текст.: в 2 т. / К. Флетчер. М.: Мир, 1991. — 552 с.
- Currier, Т. С. Simulation of Trailing Edge Vortex Shedding in a Transonic Turbine Cascade Text. / Т. C. Currier // Journal of Turbomachinery. 1998. — N 1. -P. 45−53.
- Turbulence modeling methods for the compressible Navier-Stokes equations Текст. // AIAA Paper. 1983. — N 83−1693. — 13 p.
- Нестационарные явления в турбомашинах Текст. / В. Г. Августинович, А. А. Иноземцев, Ю. Н. Шмотин [и др.]- под ред. В. Г. Августиновича. -Екатеринбург-Пермь: Уральское отделение РАН. 1999. — 280с.
- Абрамович, Г. Н. Прикладная газовая динамика Текст. / Г. Н. Абрамович. -М.: Наука, 1969. 824 с.
- Sharma О. P., Kopper F. С., Knudsen L. К. Text. // Report NASA. -1982. CR-165 592. — 86 p.
- Анализ газодинамической эффективности плоских решеток ТВД изд. ПС-90 Текст.: Технический отчет № 10 049 / ЦИАМ им. П.И. Баранова- рук. Венедиктов В. Д. М., 1983. — 63 с. — № ГР 80 157 138. — Инв. № Б119 691.
- Иваненко, С. А. Адаптивно-гармонические сетки Текст. / С. А. Иваненко. М.: Вычислительный центр РАН, 1997. — 182 с.
- Иваненко, С. А. Управление формой ячеек в процессе построения сетки Текст. / С. А. Иваненко // Журнал вычислительной математики и математической физики. 2000. — Т. 40, № 11. — С. 1662 — 1684.
- Основные методические особенности программы выбора параметров турбины на среднем диаметре Текст.: Технический отчет № 0043−89−050 / ОАО «НПО «Сатурн" — рук. Елизаров В. В. Рыбинск, 1989. — 36 с. — № ГР 258 151. -Инв.№ 81 691.
- Расчет распределения параметров турбинной ступени вдоль радиуса Текст.: Техническая справка № 0043−99−019 / ОАО «НПО «Сатурн" — рук. Елизаров В. В. Рыбинск, 1999. — 48 с. — № ГР 259 023. — Инв. № 82 375.
- Иванов, М. Я. Расчет трехмерного течения вязкого газа в прямой решетке профилей Текст. / М. Я. Иванов, В. Г. Крупа // Механика жидкости и газа. 1993. — № 4. — С. 58 — 67.
- Инструкция № 0043−03−050. Система профилирования турбинных лопаток по методу доминирующей кривизны Текст. / Б. И. Мамаев, Е. К. Рябов. Рыбинск: ОАО «НПО «Сатурн», 2003. — 63 с.
- Аэродинамический проект силовой турбины двигателя ГТД-10РМ Текст.: Технический отчет№Е943−02−191 / ОАО «НПО «Сатурн" — рук. Карпов Ф. В. Рыбинск, 2002. — 89 с. — № ГР 258 390. — Инв. № 81 990.
- Аэродинамический проект ТНД Текст.: Технический отчет № 422-SM146−0255-T0−2003 / ОАО «НПО «Сатурн" — рук. Карпов Ф. В. Рыбинск, 2003. — 61 с. — № ГР 258 453. — Инв. № 82 139.
- Аэродинамический анализ ТНД Текст.: Техническая справка № 462-CSM7700−0075-TC-2003 / ОАО «НПО «Сатурн" — рук. Карелин Д. В. Рыбинск, 2003. — 41 с. — № ГР 258 492. — Инв. № 82 294.1. Утверждаю
- В настоящее время программные комплексы TurbBlade2D и TurbBlade2.5D внедрены и применяются в ОАО «НПО «Сатурн» при проектировании газовых турбин.
- Зам. генерального конструктора1. С.П. Кузнецов
- Зам. генерального конструкте1. Ю.Н. Шмотин1. Начальник КО Турбин1. С.М. Пиотух