Снижение гидравлических потерь в отрывном диффузоре камеры сгорания газотурбинного двигателя путем управления пограничным слоем
Диссертация
В большинстве современных камер сгорания для снижения скорости воздуха после компрессора используется отрывной диффузор, который состоит из плавно расширяющегося преддиффузора с углом раскрытия до 12° и следующего за ним внезапного расширения. Такая конструкция может обеспечить достаточно равномерный профиль скорости на выходе даже при нерасчетных режимах работы и имеет меньшую длину по сравнению… Читать ещё >
Содержание
- СПИСОК УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
- ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ДИФФУЗОРОВ КАМЕР СГОРАНИЯ ГТД
- 1. 1. Роль диффузора в рабочем процессе камеры сгорания ГТД
- 1. 2. Критерии эффективности и рабочие характеристики отрывных диффузоров
- 1. 3. Особенности отрывных явлений в диффузорных каналах. Анализ методов управления диффузорным течением
- Выводы по главе
- ГЛАВА 2. ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕЧЕНИЯ В ОТРЫВНОМ ДИФФУЗОРЕ С УПРАВЛЯЕМЫМ ПОГРАНИЧНЫМ СЛОЕМ
- 2. 1. Постановка задач и выбор объекта исследования, обоснование метода расчета, расчетная область и граничные условия
- 2. 2. Результаты численного моделирования течения в отрывном диффузоре с вдувом тангенциальной пристеночной струи
- 2. 3. Результаты численного моделирования течения в отрывном диффузоре с отсосом потока
- Выводы по главе
- ГЛАВА 3. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ УПРАВЛЕНИЯ ТЕЧЕНИЕМ В ДИФФУЗОРЕ КАМЕРЫ СГОРАНИЯ И СТЕНД ДЛЯ ЕЁ РЕАЛИЗАЦИИ
- 3. 1. Методика экспериментального исследования и описание стенда для её реализации
- 3. 2. Измеряемые параметры, используемые датчики и приборы
- 3. 3. Погрешности измерений
- Выводы по главе
- ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ УПРАВЛЕНИЯ ТЕЧЕНИЕМ В ОТРЫВНОМ ДИФФУЗОРЕ
- 4. 1. Исследование влияния вдува тангенциальной пристеночной струи на эффективность отрывного диффузора
- 4. 2. Влияние степени расширения преддиффузора на рабочий процесс отрывного диффузора с отсосом потока
- 4. 3. Совместное влияние осевого положения жаровой трубы и степени расширения преддиффузора на эффективность диффузора с отсосом потока
- 4. 4. Влияние числа Рейнольдса и толщины пограничного слоя на входе
- 4. 5. Влияние геометрии системы отсоса на её гидравлическое сопротивление
- 4. 6. Анализ полученных результатов
- Выводы по главе
- ГЛАВА 5. МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ОТРЫВНОГО ДИФФУЗОРА КС ГТД С УПРАВЛЯЕМЫМ ПОГРАНИЧНЫМ СЛОЕМ
- 5. 1. Методика проектирования отрывного диффузора с отсосом пограничного слоя
- 5. 2. Отрывной диффузор с отсосом потока для КС с двухъярусной жаровой трубой
- Выводы по главе
Список литературы
- Лефевр, А. Процессы в камерах сгорания ГТД Текст. / А. Лефевр. М.: Мир, 1986.-566 с.
- Гриценко, Е. А. Некоторые вопросы проектирования авиационных газотурбинных двигателей Текст. / Е. А. Гриценко, В. П. Данильченко, С. В. Лукачев, Ю. Л. Ковылов, В. Е. Резник, Ю. И. Цыбизов. Самара: СНЦ РАН, 2002. — 527 с.
- Пчелкин, Ю. М. Камеры сгорания газотурбинных двигателей Текст. / Ю. М. Пчелкин. М.: Машиностроение, 1984. — 280 с.
- Мингазов, Б. Г. Камеры сгорания газотурбинных двигателей. Конструкция, моделирование процессов и расчет Текст. / Б. Г. Мингазов. Казань: Изд-во Казанского технического университета, 2006. — 220 с.
- Тухбатуллин, Ф. Г. Малотоксичные горелочные устройства газотурбинных установок. Текст. / Ф. Г. Тухбатуллин, Р. С. Кашапов. -М.: Недра, 1997.-155 с.
- Bauer, H-J. New low emission strategies and combustor design for civil aeroengine applications Text. / H-J. Bauer // Progress in computational fluid dynamics, vol. 4. -№ 3−5. — 2004. — P. 130 — 142.
- Denman, P.A. Aerodynamic evaluation of double annular combustion systems Text. / P.A.Denman // ASME Paper GT-2002−30 465. 9 p.
- Игначиков, С. M. Системы управления процессами горения в камерах сгорания ГТД Текст. / С. М. Игначиков, А. М. Постников, В. Г. Ярославцев // Вестник СГАУ. № 1.-1998. — С. 149 — 158.
- Диденко, А. А. К вопросу о влиянии параметров качества двухфазной топливо-воздушной смеси на эмиссионные характеристики камер сгорания ГТД Текст. / А. А. Диденко, В. В. Рогалев // Вестник СГАУ. № 1. -1998. -С. 121−136.
- Lefebvre, А. Н. Gas turbine combustion Text. / A. H. Lefebvre. UK.: Taylorand Francis, 1998.-401 p.
- Walker, A. D. Hybrid diffusers for radially staged combustion system Text. / A. D. Walker, P. A. Denman // Journal of propulsion and power. vol. 21. — № 2.-2005.-P. 264−272.
- Becker, B. Experimental investigations of a combustion chamber pre-diffuser Text. / B. Becker, B. Stoffel // Progress in computational fluid dynamics. vol. 4.-№ 3−5.-2004.-P. 143- 154.
- BenKahled, A. The design of bell-shaped pre-diffusers and its effects on the flow characteristics in a model combustor dump diffuser / A. BenKahled, R. Hestermann, S. Kim, S. Wittig // AIAAISABE. 1997. — P. 528 — 535.
- Hestermann, R. Flow field and performance characteristics of combustor diffuser: a basic study Text. / R. Hestermann, S. Kim, A. BenKahled, S. Wittig //Trans. ASME. vol. 117. — 1995. — P. 686 — 694.
- Касилов, В. Ф. Справочное пособие по гидрогазодинамике для теплоэнергетиков Текст. / В. Ф. Касилов. — М.: Издательство МЭИ, 2000. 272 с.
- Шлихтинг, Г. Теория пограничного слоя Текст. / Г. Шлихтинг. М.: Наука, 1974.-712 с.
- Чжен, П. Отрывные течения. Текст. / П. Чжен. М.: Мир, 1973. — Т.1. -300 с.
- Чжен, П. Отрывные течения. Текст. / П. Чжен. М.: Мир, 1973. — Т.З. -334 с.
- Басин, А. М. Управление пограничным слоем судна Текст. / А. М. Басин, А. И. Короткин, JI. Ф. Козлов. JL: Судостроение, 1968. — 492 с.
- Henry, J.R. Summary of subsonic-diffuser data Text. / J. R. Henry, С. C. Wood, S. W. Wilbur // NACA RM L56F05. 1956. — 128 p.
- Идельчик, И. E. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. Текст. / И. Е. Идельчик. М.: Машиностроение, 1973. — 559 с.
- Feakins, S. Н. Dynamic separation control in a low-speed asymmetric diffuserwith varying downstream boundary condition Text. / S. H. Feakins, D. G. MacMartin, R. M. Murray // AIAA Paper 2003−4161. 8 p.
- CoIIis, S. S. Issues in active flow control: theory, control, simulation, and experiment Text. / S. S. Collis, R. D. Joslin, a. Seifert, V. Theofilis // Progress in Aerospace Science. vol. 40. — 2004. — P. 237 — 289.
- Gad-el-Hak, M. Modern developments in flow control Text. / M. Gad-el-Hak // Applied Mechanics Revies. vol. 49. — 1996. — P. 365 — 379.
- Ледовская, H. H. Управление отрывом потока в диффузорных каналах. Экспериментальное исследование Текст.: дис: .канд. техн. наук / Ледовская Наталья Николаевна. М.: ЦИАМ, 2004. — 187 с.
- Nishi, М. Control of separation in a conical diffuser by vortex generator jets Text. / M. Nishi, K. Yoshida,, K. Morimitsu // JMSE Intl J. В 41. 1998. — P. 233−238.
- Schubauer, G. B. Effect of screens in wide-angle diffusers Text. / G. B. Schubauer, W. G. Spangenberg // NACA TN-1610. 1948. — 59 p.
- Rumpf, R. L. Comparison of aerogrids and punched plates for smoothing flow short annular diffuser Text. / R. L. Rumpf, W. B. Shippen // NASA C-168 (Rev.6−71). 1972. -38 p.
- Cochran, D. L. Short flat vanes for producing efficient two-dimensional subsonic diffusers Text. / D. L. Cochran // NASA TN-4309. 1987. — 135 p.
- Kline, S. J. Some new mechanisms and conception of stall including the behavior of vaned and unvaned diffusers Text. / S. J. Kline // NACA PR MD-1. 1957. — 114 p.
- Moore, C. A. Some effects of vanes and of turbulence in two- dimensionalwide-angle subsonic diffusers Text. / C. A. Moore, S. J. Kline // NACA TN-4080.-1958.-139 p.
- Cochran, D. L. The use of short flat vanes as a means for producing efficient wide-angle two-dimensional subsonic diffusers Text. / D. L. Cochran, S. J. Kline // NACA Ш-4309. 1958. — 38 p.
- Meunier, M. High-lift device performance enhancement using flow control strategies Text. / M. Meunier, V. Brunet // ONERA ODAS 2006 TP-2006−167. -2006. 17 p.
- Wood, С. C. The influence of vortex generators on the performance of a short 1.9:1 straight-wall annular diffuser with a whirling inlet flow Text. / С. C. Wood, J. T. Higginbotham //NACARM-L52L01a. 1953. — 39 p.
- Adkins, R. C. A short diffuser with low pressure loss Text. / R. C. Adkins // Journal of Fluids Engineering. 1975. — P. 297 — 302.
- Adkins, R. C. The hybrid diffuser Text. / R. C. Adkins, D. S. Matharu, J. O. Yost // Journal of Engineering and Power. vol. 103. — 1981. — P. 229 — 236.
- Juhasz, A. J. Performance of a annular dump diffuser using suction-stabilized vortex flow control Text. / A. J. Juhasz, J. M. Smith // NASA TM. X-3535. -1977.-35 p.
- Smith, J. M. Performance of high area ratio annular dump diffuser using suction-stabilized vortices at inlet mach number to 0,41 Text. / J. M. Smith, A. J. Juhasz // NASA TP-1194. 1978. — 42 p.
- Leishman, B. A. Effects of inlet ramp surfaces on the aerodynamic behavior of bleed hole and bleed slot off-take configurations Text. / B. A. Leishman,' N. A.• Cumpsty, J. D. Denton // ASME Paper GT-2004−54 331. 12 p.
- Leishman, B. A. Mechanism of the interaction of a ramped bleed slot with the primary flow Text. / B. A. Leishman, N. A. Cumpsty // ASME Paper GT2005−68 483.- 12 p.
- Gomes, R. A. Aerodynamic investigations of a compressor bleed air configuration typical for aeroengines Text. / R. A. Gomes, C. Schwarz, M.-j
- Дейч, M. E. Газодинамика диффузоров и выходных патрубков турбомашин Текст. / М. Е. Дейч, А. Е. Зарянкин. М.: Энергия, 1970. -384 с.
- Абрамович, Г. Н. Прикладная газовая динамика Текст. / Г. Н. Абрамович. М.: Наука, 1991. — 600 с.
- Демидов, С. А. Исследование гидравлических потерь в диффузорах камер сгорания ГТД Текст. / С. А. Демидов. Труды ЦИАМ. — № 321.- 1958. -29 с.
- Sovran, G. Experimentally determined optimum- geometries for rectilinear diffusers with rectangular, conical or annular cross section Text. / G. Sovran, E.
- D. Klomp // Fluid Mechanics of Internal Flow. 1967. — P. 270 — 319.
- Kline, S. J. Optimum Design of Straight-walled'Diffusers Text. / S.J. Kline, D.
- E.- Abott, R. W. Fox // Basic Engng ser. D. 1959. — P. 321 — 331.
- Reid, E. G. Performance Characteristics of Plane-wall Two-dimensional Diffusers Text. / E.G. Reid // NASA TN 2888. 1953.-23 p.
- Becker, B. Experimental investigations of an annular combustion chamber diffuser flow Text. / B. Becker, B. Stoffel // ISABE-2005−1262. 10 p.
- Howard, J. H. G. Performance and flow regimes for annular diffusers Text. / J. H. G. Howard, A. B. Thornton-Trump, H. J. Henseler // ASME Paper 67-WA/FE-21. 1959. — 18 p.
- Stevens, S. J. The influence of inlet conditions on the performance of annular diffusers Text. / S. J. Stevens, G. J. Williams // Journal of Fluids Engineering. -vol. 102.-1980.-P. 357−363. '
- Adkins, R- C. A configuration to improve the aerodynamics and scope of can-annular combustors Text. / R. C. Adkins, D. Binks // ASME Paper 83-GT-37. -1983.- 16 p.
- Wollet, R. R. Preliminary investigation of short two-dimensional subsonic diffusers Text. / R. R. Wollet //NACA RM E56C02. 1956. — 19 p.
- Klein, A. Characteristics of combustor diffusers Text. / A. Klein I I Progress in Aerospace Science. vol. 31. — 1995.-P. 171 — 271.
- Carrotte, L. F. Detailed measurements on a modern dump diffuser Text. / L. F. Carrotte, D. W. Bailey, C. W. Frodsham // Journal of Engineering for Gas Turbines and Power. vol. 117. — № 4. — 1995. — P. 678 — 685.
- Fishenden, C. R. The performance of annular combustor dump diffusers Text. / C. R. Fishenden, S. J. Stevens // Journal of aircraft. vol. 10. — 1977. — P. 60 -67.
- Little, A. R. Predictions of the pressure losses in 2D and 3D model dump diffusers Text. / A. R. Little, A. P. Manners // ASME Paper 93-GT-184. -1993.-8 p.
- Майорова А. И. Гидравлические характеристики плоского канала с одинарным и двойным уступом Текст. / А. И. Майорова // В сб.: Отрывные течения в камерах сгорания. М.: ЦИАМ, 1987. — С. 23 — 35.
- Майорова А. И. Неединственность решений задач отрывных течений Текст. / А. И. Майорова, А. А. Свириденков, В. И. Ягодкин // В сб.: Отрывные течения в камерах сгорания. М.: ЦИАМ, 1987. — С. 36 — 48.
- Inoue, К. Flow behavior in the dump diffuser combustor with a split flow effects of inclined wall in a sudden expansion region Text. / K. Inoue, T.
- Fukada, T. Shizawa, S. Honami // ASME Paper FEDSM 2002 11 020. — 2002. i- 14 p.
- Shyy, W. A further assessment of numerical annular dump diffuser flow calculations Text. / W. Shyy // AIAA Paper 85−1441. 1985. — 12 p.
- Homani, S. Improvement of aerodynamic performance of a combustor dump diffuser using inclined walls Text. / S. Homani, E. Yamazaki, T. Shizawa // ASME Paper GT-2000−30 090. 2000. — 10 p.
- Shyy, W. A numerical study of annular dump diffuser flows Text. / W. Shyy // Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering. vol. 53. — 1985. -P. 47−65.
- Веретенников, С. В. Аэродинамика диффузоров камер сгорания современных ГТД Текст. / С. В. Веретенников, Ш. А. Пиралишвили, Фасил Али Гугсса // Авиакосмическое приборостроение. — 2007. — № 9. -С. 9−15.
- Schubauer, G. В. Investigation of separation of the turbulent boundary layer Text. / G. B. Schubauer, P. S. Klebanoff //NACA TR-1030. 1949. — 20 p.
- Gruschwitz, E. The process of separation in the turbulent friction layer Text. / E. Gruschwitz //NACA TM-699. 1933. — 10 p.
- Zaman, К. B. Some observation on transitory stall in conical diffuser data
- Text. / К. В. Zaman, М. D. Dahl // NASA-IM-102 387. 1990. — 12 p.
- Tornblom, O. Experimental and computational studies of turbulent separating internal flows Text. / O. Tornblom / Doctoral Thesis in Fluid Mechanics. -Stockholm: Universitetsservice US AB, 2006. 187 p.
- Козлов, В. В. Физика структуры потоков. Отрыв потока Текст. / В. В. Козлов // Соросовский образовательный журнал. № 4. — 1998. — С. 86 — 94.
- Lim, J. A singular value analysis of boundary layer control Text. / J. Lim, J. Kim // Phisics of fluids.-vol. 16.-№ 6.-2004.-P. 1980- 1988.
- Hoffmann, J. A. The influence of free-stream turbulence on turbulent boundary layers with mild adverse pressure gradients Text. / J. A. Hoffmann, S. M. Kassir, S. M. Larwood // NASA CR-184 677. 1988. — 54 p.
- Hoffmann, J. A. Effects of free-stream turbulence on diffuser performance Text. / J. A. Hoffmann // Journal of Fluids Engineering. vol. 103. — 1981. — P. 385−390.
- Zeisser, M. H. Energy efficient engine combustor test hardware detailed design report Text. / M. H. Zeisser, W. Greene, D. J. Dubiel // NASA CR-167 945. -1982.-87 p.
- Henry, J. R. Preliminary investigation of the flow in an annular-diffuser -tailpipe combination with an abrupt area expansion and suction, injection, and vortex-generator flow controls Text. / J. R. Henry, S. W. Wilbur // NACA RM-L53K30.-1954.-27p.
- Levinsky, E. S. Analytical and experimental investigation of circulation control by means of a turbulent Coanda jet Text. / E. S. Levinsky, Т. T. Yeb // NASA CR-2114.-1972.-19p.
- Burley, R. R. Experimental investigation of tangential blowing applied to a subsonic V/STOL inlet Text. / R. R. Burley // NASA TP-2297. 1984. — 16 p.
- Suzuki, T. Large-scale unsteadiness in a two-dimensional diffuser: numerical study toward active separation control Text./ T. Suzuki, T. Colonius // AIAA Paper 2003−1138.-14 p.
- Ravindran, S. S. Active control of flow separation over an airfoil Text. / S. S. Ravindran //NASA TM-1999−209 838. 1999. — 14 p.
- Tian, Y. Adaptive control of separated flow Text. / Y. Tian, L. N. Cattafesta Th., R. Mittal // AIAA Paper 2006−1401. -2006. 11 p.
- Welch, G. E. Effectiveness of micro-blowing technique in adverse pressure gradients Text. / G. E. Welch, L. M. Larosiliere, D. P. Hwang, J. R. Wood // NASA TM-2001−210 690.-2001.-13 p.
- Suzuki, T. Vortex shedding in a two-dimensional diffuser: theory and simulation of separation control by periodic mass injection Text. / T. Suzuki, T. Colonius, S. Pirozzoli // J. Fluid Mech. vol. 520.-2004.-P. 187−213.
- Biebel, W. J. Low-pressure boundary-layer control in diffuser and bends Text. / W. J. Biebel // NACA ARR-L5C24. 1945. — 40 p.
- Stafford, W. W. Investigation of a short-annular-diffuser configuration utilizing suction as a means of boundary-layer control Text. / W. W. Stafford, J. T. Higginbotham // NACA TN-3996. 1957. — 34 p.
- Smith, J. M. Performance of a vortex-controlled diffuser in an annular swirl-can combustor at inlet Mach numbers up to 0.53 Text. / J. M. Smith // NASA TP-1452.-1979.-15 p.
- Juhasz, A. J. Preliminary investigation of diffuser wall bleed to control combustor inlet airflow distribution Text. / A. J. Juhasz, J. D. Holdeman // NASA TN D-6435. 1971. — 17 p.
- Майорова А. И. Применение отсоса воздуха для изменения характеристик диффузоров с «внезапным расширением Текст. / А. И. Майорова // В сб.: Отрывные течения в камерах сгорания. М.: ЦИАМ, 1987. — С. 66 — 70.
- Майорова А. И. Методика и результаты расчетов течений в каналах с внезапным расширением. Текст. / А. И. Майорова, В. И. Ягодкин. Труды ЦИАМ. — № 883. — 1979. — 16 с.
- Walker, A. D. Experimental and computational study of hybrid diffusers for gas turbine combustors Text. / A. D. Walker, P. A. Denman, J. J. McGuirk // ASME Paper GT-2003−38 406. 10 p.
- Иевлев, В. M. Численное моделирование турбулентных течений Текст. / В. М. Иевлев. -М.: Наука, 1990. 216 с.
- Андерсон, Д. Вычислительная гидромеханика и теплообмен Текст. / Д. Андерсон, Дж. Таннехилл, Р. Плетчер. М.: Мир, 1990. — 384 с.
- Киреев, В. И. Численное моделирование газодинамических течений Текст. / В. И. Киреев, А. С. Войновский. М.: Издательство МЭИ, 1991. -254 с.
- DalBello, Т. Computational study of separating flow in a planar subsonic diffuser Text. / T. DalBello, V. Dippold Th., N. J. Georgiadis // NACA TM-2005−213 894.-21 p.
- Stoke, M. Direct numerical simulation of a separated turbulent boundary layer Text. / M. Stoke, D. S. Henningson // J. Fluid Mech. vol. 471. — 2002. — P. 107−136.
- Дейч, М. Е. Техническая газодинамика Текст. / М. Е. Дейч- — М. Л: Госэнергоиздат, 1961. — 690 с.
- Седов, Л. И. Методы подобия и размерности в. механике Текст. / Л. И. Седов. М.: Наука, 1977. — 440 с.
- Горлин, С. Ml Аэромеханические измерения. Методы и приборы Текст. / С. М. Горлин, И. И. Слезингер. М.: Наука, 1964. — 720 с.
- Повх, И. Л. Аэродинамический эксперимент в машиностроении. Текст. / И: Л. Повх. М- - Л., изд. «Машиностроение». 1965. — 480 с.
- Лойцянский, Л. Г. Механика жидкости и газа Текст. / Л. F. Лойцянский. М.: Дрофа, 2003. — 840 с.
- Peters, II. Conversion: of energy in cross-sectional divergences under different: conditions of inflow Text. /Н. Peters//NACA TM 737. 1934- -25 p:
- Патанкар, С. Тепло- и массообмен в пограничных слоях Текст. / С. Патанкар, Д- Сполдинг.-М.: Энергия, 1971. 128 с. '
- Kunz, R. С. Turbulent boundary-layer growth in annular diffusers Text. / R. C. Kunz // Trans. ASME. vol. 87. — 1965. — 535 p.
- Алексин, В. А. Численный расчет турбулентного' пограничного слоя с резким изменением граничных условий Текст. / В. А. Алексин, В. Д. Совершенный // Турбулентные течения. — М.: Наука, 1977. — С. 55 — 63.
- Vujicic, М. Calculation of the turbulent flow in a plane diffuser by using the integral method Text.'/ M. Vujicic, C. Crnojevic // Trans. FME. № 31. — 2003: -P. 69−74.
- Крайко, А. Н. Газовая динамика. Избранное Текст.: в 2-х томах / А. Н. Крайко, А. Б. Ватажин, А. Н. Секундов. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2005. — 720 с.
- Castillo, L. Separation criterion for turbulent boundary layers via similarity analysis Text. / L. Castillo, X. Wang, W. K. George // ASME Journal of Fluids Engineering. vol. 126. — 2004. — P. 297 — 304.
- Stratford, B. S. The prediction of separation of the turbulent boundary layer Text. / B. S. Stratford // J. Fluid Mech. vol. 5. — 1959. — P. 1 — 16.
- Senoo, Y. Prediction of flow separation in a diffuser by a boundary layer calculation Text. / Y. Senoo, M Nishi //ASME J. Fluid Eng. vol. 99. -1975. -P. 379−389.