Математическое моделирование и исследование процессов газодинамической температурной стратификации в системе охлаждения лопаточного аппарата турбомашин тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.18, кандидат наук Золотов Александр Николаевич

• Золотов Александр Николаевич
• кандидат наук
• 2021

Оглавление диссертации кандидат наук Золотов Александр Николаевич

СОДЕРЖАНИЕ

СПИСОК ОСНОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИИ И СОКРАЩЕНИИ

ВВЕДЕНИЕ

1. МОДЕЛИРОВАНИЕ КАК СРЕДСТВО ПОИСКА ТЕХНИЧЕСКИХ

РЕШЕНИЙ по повышению энергоэффективности и надежности ТУРБОМАШИН. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Современные подходы к обеспечению надежности и долговечности 15 газотурбинных установок

1.2. Анализ подходов к созданию эффективных систем охлаждения лопа- 20 ток турбомашин

1.3. Проблематика моделирования тепломассообменных и газодинамиче- 42 ских процессов в турбомашинах

1.4. Выводы. Цель и задачи исследования

2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕПЛОВОГО СОСТОЯ- 68 НИЯ ЛОПАТОЧНОГО АППАРАТА ТУРБОМАШИН

2.1. Математическая формулировка задачи нестационарной теплопро- 68 водности для лопатки

2.2. Математическая формулировка задачи расчета граничных условий 74 на поверхностях лопатки

2.2.1. Расчет граничных условий на основе уравнений подобия

2.2.2. Расчет граничных условий на основе сопряженного численного 75 решения дифференциальных уравнений пограничного слоя

2.3. Выводы

3. ЧИСЛЕННЫЙ МЕТОД И ПРОГРАММНО-ИНФОРМАЦИОННЫЙ 82 КОМПЛЕКС ДЛЯ АНАЛИЗА ТЕПЛОВОГО СОСТОЯНИЯ ЛОПАТОК ТУРБОМАШИН

3.1. Численный метод моделирования теплового состояния

3.2. Описание программно-информационного комплекса

3.3. Тестирование и анализ адекватности программно-информационного 104 комплекса

3.4. Выводы 109 4. КОМПЛЕКСНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НА ОСНОВЕ ВЫЧИСЛИ- 111 ТЕЛЬНОГО ЭКСПЕРИМЕНТА И РАЗРАБОТКА ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ЭФФЕКТИВНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ ЛОПАТОК

4.1. Результаты моделирования и численного исследования способов ох- 111 лаждения лопаток

4.2. Исследование эффективности методов повышения эффективности 122 охлаждения лопаток турбомашин

4.3. Выводы 127 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 128 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 130 ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Сведения о государственной регистрации программы 144 ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Патенты на право интеллектуальной собственности 145 ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Акты внедрения результатов кандидатской работы

СПИСОК ОСНОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ И СОКРАЩЕНИЙ

сл , удельная теплоемкость, Дж/(кгК);

с^-коэффициент сопротивления конденсированных частиц дисперсной среды; f - относительная площадь, представляющая собой отношение площади перфораций к площади поверхности стенки, на которой они расположены;

0 - обобщенная переменная, имеющая смысл критерия подобия, который характеризует влияние конденсированных частиц;

к - коэффициент теплопередачи, Вт/(м -К);

1 — длина пути смешения, м;

Квр - коэффициент интенсификации;

п - параметр, численно равный 1 для осесимметричного пограничного слоя и 0 для плоского пограничного слоя; р - давление потока, Па; Рг - число Прандтля;

л

q - плотность теплового потока, Вт/ м

д„ - член, характеризующий интенсивность внутренних источников теплоты, Вт/м3.

г - коэффициент восстановления

г> Дж

к - газовая постоянная, —;

кг - К

Т - термодинамическая температура потока, К; - температура торможения, К; - температура охладителя, К; А Тг - температурный напор, К; Тг - адиабатная температура стенки, К;

Тг 2 - температура дозвукового потока газа в канале для разделения потока газа, К;

Т5 - температура частиц, К;

-температура поверхности лопатки со стороны рабочего тела, К; Тю2 - температура поверхности лопатки со стороны охладителя, К; Тш3 - температура поверхности лопатки со стороны потока газа в канале для разделения потока, К;

и - продольная составляющая скорости, м/с; и5 - скорость частиц, м/с; V - поперечная составляющая скорости, м/с; х,у,2 - координаты,м;

л

а - коэффициент теплоотдачи, Вт/(м -К);

Л

аг - коэффициент теплоотдачи газа, Вт/(м -К);

Л

аохл - коэффициент теплоотдачи охладителя, Вт/(м -К);

а5 - коэффициент теплоотдачи конденсированных частиц дисперсной среды, Вт/(м2-К);

в- эффективность охлаждения. X - коэффициент теплопроводности, Дж/м^К; Хл, - коэффициент теплопроводности, Дж/м^К; Хт - коэффициент турбулентного переноса теплоты, Дж/м^К; ^ - динамический коэффициент вязкости, Па-с;

- коэффициент турбулентного переноса количества движения, Дж/кгК; - член, характеризующий интенсивность внутренних источников количества движения, Па/м;

-5

р - плотность, кг/м ;

-5

рл плотность материала лопатки, кг/м ;

р - плотность конденсированной фазы (масса конденсированных частиц, в

-5

единице объема среды), кг/м ; р - плотность вещества частиц, кг/м3; т - время, с;

Фм, фт - коэффициенты, сохраняющие постоянные значения в анализируемом

сечении пограничного слоя; (дт\

I — 1 - градиент температур в лопатке в направлении нормали к ее поверхности;

\OTlJ уу

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Математическое моделирование и исследование процессов газодинамической температурной стратификации в системе охлаждения лопаточного аппарата турбомашин»

ВВЕДЕНИЕ

Работоспособность лопаточного аппарата в значительной степени определяет надежность эксплуатации турбомашин. Повреждения лопаточного аппарата, вызванные взаимодействием эксплуатационных, конструктивных и технологических факторов, составляют до 70% поломок от общего их числа. Лопатки турбоустановок, ввиду постоянного совершенствования параметров рабочего тела (температуры и давления) с целью повышения их энергоэффективности, находятся в наиболее теплонапряженных условиях. Хотя в области получения жаропрочных материалов достигнуты значительные результаты, которые могут быть использованы и при разработке лопаток турбомашин, основным методом обеспечения необходимого ресурса работы при высоких температурных режимах является создание эффективных методов охлаждения [18,34]. Одним из перспективных методов охлаждения лопаток турбомашин, сокращающим одновременно расход отбираемого из компрессора охлаждающего газа, является метод газодинамической температурной стратификации в дисперсном потоке, позволяющий существенно повысить эффективность системы охлаждения, и увеличить на этой основе ресурс лопаток турбомашин.

Вследствие того, что натурное исследование найденных решений охлаждения сопряжено с большими затратами времени и средств на подготовку технологической оснастки и изготовление образцов лопаток, в последние годы повысился интерес к математическому моделированию газодинамических процессов в турбомашинах. Это подтверждается исследованиями В.Е. Алемасова, Ю.Б. Галеркина, А.Ф. Дрегалина, Е.П. Дыбана, С.С. Кутателадзе, А.И. Леонтьева, А.А. Халатова, А.В. Щукина,Э.Я. Эпик и других ученых. Использование методов математического моделирования позволяет получить достоверную информацию об особенностях теплового состояния лопаток турбомашин, повысить точность его прогнозирования и является основным способом определения газодинамических характеристик течения рабочего газа, теплообмена, состояния

пограничного слоя, неизотермичности, градиента давления и прочих факторов. Значительные изменения данных факторов наблюдается вследствие применения эффекта газодинамической температурной стратификации потока для охлаждения лопаток [18]. На основании последних исследований многих авторов в настоящее время большое внимание уделяется созданию способов реализации в дисперсном потоке процессов газодинамической температурной стратификации [25]. Сдерживающим фактором развития перспективных способов охлаждения лопаточного аппарата является отсутствие методов моделирования, численных алгоритмов и программных комплексов, которые позволяют адекватно оценить особенности течения рабочего газа в межлопаточном канале и теплообмена в теле лопатки с учетом теплофизических свойств от температуры при газодинамической температурной стратификации.

Существующие программные комплексы, например: AnsysWorkbehch, LMSVirtual.Lab, CFX, STAR-CD, GasDynamicsTool, в большинстве своем, опираются на инженерные расчеты и не применимы для численного исследования потоков с интенсивными воздействиями ввиду низкой сходимости, не позволяют учитывать особенности течения рабочего газа при газодинамической температурной стратификации потока, а заявленная разработчиками возможность численных исследований в трехмерной нестационарной постановке сопряженных задач на практике зачастую не может быть осуществлена.

С учетом изложенного тема настоящей работы, направленной на математическое моделирование и разработку методов численного расчета и создание программных средств для проектирования лопаток турбомашин с охлаждением способом газодинамической температурной стратификации дисперсного потока, является актуальной.

Объектом исследования является система охлаждения лопаток турбомашин с использованием газодинамической температурной стратификации дисперсного потока.

Предметом исследования являются методы математического моделирования пространственного температурного поля лопатки турбомашины с применением для охлаждения способа газодинамической температурной стратификации.

Цель работы - создание методов и средств моделирования процессов газодинамической температурной стратификации в системе охлаждения лопаток турбомашин, обеспечивающих количественную оценку температурных режимов и совершенствование на этой основе конструкции турбомашин.

Для достижения поставленной цели в работе решены следующие задачи.

1. Разработан метод моделирования пространственного температурного поля лопатки турбомашины, охлаждаемой с использованием процесса газодинамической температурной стратификации дисперсного потока.

2. Разработаны численный метод и алгоритмы решения задачи охлаждения лопаток турбомашин, на основе применения газодинамической температурной стратификации дисперсного потока.

3. Создан проблемно-ориентированный программный комплекс для исследования и моделирования пространственного температурного поля лопатки с охлаждением, выработаны технологические рекомендации по повышению эффективности систем охлаждения лопаток турбомашин с применением способа газодинамической температурной стратификации.

4. Путем компьютерного эксперимента с использованием разработанного программного комплекса выявлены закономерности разделения дисперсного потока в процессе газодинамической температурной стратификации и численно оценена эффективность охлаждения лопаток турбомашин.

Методы исследований. Решение поставленных задач и достижение цели в работе обеспечены применением современных методов исследований, которые базируются на основных положениях теории тепломассообмена, теоретической

теплофизики, математического моделирования теплофизических процессов и численных методов.

Научную новизну содержат:

1. Метод математического моделирования пространственного температурного поля лопатки с охлаждением на основе газодинамической температурной стратификации, отличающийся сопряженным решением задач нестационарной теплопроводности в теле лопатки и газодинамики в межлопаточном пространстве, что дает возможность достоверно оценить эффективность охлаждения.

2. Численный метод и алгоритмы расчета пространственного температурного поля лопаток турбомашин с охлаждением за счет газодинамической температурной стратификации, отличающийся совместным решением двухмерной нестационарной задачи теплоотдачи для каждого сечения по высоте пера лопатки и трехмерной нестационарной задачи теплопроводности с учетом зависимости теплофи-зических свойств от температуры, что позволяет повысить точность определения теплового состояния лопаток.

3. Программный комплекс для моделирования пространственного температурного поля лопатки, который отличается от известных возможностью учитывать особенности газодинамической температурной стратификации, что позволяет обосновать эффективные конструктивные решения теплозащищенных лопаток.

4. Выявленные в результате вычислительного эксперимента закономерности разделения дисперсного потока при газодинамической температурной стратификации, их влияние на тепловое состояние лопаток турбомашин, определяющие особенности разделения дисперсного потока, что позволяет выработать рекомендации по совершенствованию тепловой защиты и повышению срока службы энергоустановок.

Соответствие паспорту научной специальности.

Исследование соответствует паспорту специальности 05.13.18 -математическое моделирование, численные методы и комплексы программ: п.3 -

разработка, обоснование и тестирование эффективных вычислительных методов с применением современных компьютерных технологий; п.4 - реализация эффективных численных методов и алгоритмов в виде комплексов проблемно-ориентированных программ для проведения вычислительного эксперимента; п. 5 - комплексные исследования научных и технических проблем с применением современных технологий математического моделирования и вычислительного эксперимента; п. 8 - разработка систем компьютерного и имитационного моделирования.

Практическая значимость работы.

Практическая значимость полученных результатов состоит в том, что применение проблемно-ориентированного программного комплекса для моделирования систем охлаждения лопаток турбомашин с использованием газодинамической температурной стратификации дает возможность учесть характеристики пространственного температурного поля и вырабатывать рекомендации по совершенствованию техники охлаждения лопаток турбомашин и увеличить на этой основе срок их службы.

Реализация результатов работы. Отдельные исследования работы выполнены в составе научного коллектива при поддержке грантами: Президента Российской Федерации по проектам МД-1576.2014.8 "Моделирование, исследование и разработка методов повышения эффективности энергомашин с дисперсным рабочим телом" и НШ-2493.2020.8 "Разработка и исследование моделей переноса и вычислительной газодинамики реагирующего рабочего тела в приложениях к проектированию экологически чистых технологий топливной энергетики". Персональным грантом Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере по программе «УМНИК» в рамках договора № 7877ГУ/2015 от 11.11.2015 г. по теме: «Разработка программно-информационного комплекса для моделирования, исследования и отработки способов тепловой защиты лопаток турбин».

Ряд разработок и технических решений, полученных в диссертации, отмечены дипломом финалиста за доклад в конкурсе научно-технических работ в рамках Форума молодых ученых "Наука будущего - Наука молодых" - (Севастополь, 2015 г.), медалью «За успехи в научно-техническом творчестве и научно-исследовательской работе» на Молодежном инновационном форуме Приволжского федерального округа «Конкурс научно-технического творчества молодежи (НТТМ-2015) - (Ульяновск, 2015 г.)».

С использованием программного комплекса (свид. о гос. рег. программы № RU 2020660230) обоснованы новые технологические решения по применению техники охлаждения лопаток турбомашин, основанные на применении процесса газодинамической температурной стратификации (патенты РФ на изобретения RU 2629304 от 28.08.2017, RU 2629305 от 28.08.2017).

На защиту выносятся:

1. Метод математического моделирования пространственного температурного поля лопатки с охлаждением на основе газодинамической температурной стратификации, основанный на сопряженном решении уравнений нестационарной теплопроводности в теле лопатки и газодинамики в межлопаточном пространстве для оценки характеристик газодинамического состояния в пограничных слоях межлопаточного пространства.

2. Численный метод и алгоритмы расчета пространственного температурного поля лопаток турбомашин с охлаждением способом газодинамической температурной стратификации, основанный на совместном решении двухмерной нестационарной задачи определения коэффициентов теплоотдачи для каждого сечения по высоте пера лопатки и трехмерной нестационарной задачи определения коэффициентов теплопроводности.

3. Программный комплекс для моделирования пространственного температурного поля лопатки, учитывающий особенности газодинамической температурной стратификации.

4. Результаты вычислительного эксперимента по выявлению закономерностей разделения дисперсного потока при газодинамической температурной стратификации, подтверждающие эффективность охлаждения лопаток турбомашин.

Апробация работы. Основные результаты исследования доложены на XX Школе-семинаре молодых ученых и специалистов под руководством академика РАН А.И. Леонтьева (Звенигород, 2015 г.);Международной научно-технической конференции «Пром-Инжиниринг» (Челябинск, 2016 г.); X школе-семинаре молодых ученых и специалистов академика РАН В.Е. Алемасова (Казань, 2016 г.); XXI Школе-семинаре молодых ученых и специалистов под руководством академика РАН А.И. Леонтьева (Санкт-Петербург, 2017 г.); Молодежном инновационном форуме Приволжского федерального округа (Ульяновск, 2015 г.); Международном научном форуме молодых ученых «Наука будущего - Наука молодых», (Севастополь, 2015 г.); 15-ом Минском международном форуме по тепло- и массообмену. (Минск, 2016 г.); Пятом Ульяновском молодежном инновационном форуме «Конкурс научно-технического творчества молодежи (НТТМ) (Ульяновск, 2016 г.)», Бизнес-школе молодых инноваторов в рамках V фестиваля науки в Ульяновской области (Ульяновск, 2015 г.); научно-технических семинарах кафедры «Теплоэнергетика» Ульяновского государственного технического университета в 2015 - 2017 гг.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 21 работа, в том числе 3 статья в ведущем рецензируемом издании из перечня ВАК и 6 работ в изданиях, индексируемых в наукометрических базах Scopus и Web of Science, получено 2 патента РФ на изобретения, 1 свидетельство о государственной регистрации программного продукта.

Личный вклад автора. Все работы по теме диссертации выполнены автором лично или при его основном участии: постановка задачи, разработка метода решения, проведение расчетов, обработка и обобщение полученных результатов исследования, формирование выводов и заключения.

Структура и объем диссертации.

В первой главе приведен анализ уровня проработанности проблемы повышения эффективности систем охлаждения лопаток турбомашин, исследований и моделирования его температурного поля, возможностей применения процесса газодинамической температурной стратификации, определены вопросы, требующие дальнейшего исследования. Произведен обзор научно-технической литературы. Сформулированы цели и задачи исследований.

Вторая глава посвящена разработке метода математического моделировании пространственного температурного поля охлаждаемой лопатки турбомашины в нестационарном процессе работы. Задача теплопроводности лопатки турбомаши-ны решается в трехмерном нелинейном нестационарном виде. Проведен анализ при котором обеспечивается устойчивости численного решения и выявлены зависимости для расчета устойчивых шагов интегрирования. Метод математического моделирования и численного исследования теплового состояния лопаток турбомашины реализованы в оригинальном проблемно-ориентированном программно-информационном комплексе.

Третья глава посвящена разработке численного метода и алгоритмов расчета теплового состояния лопаток турбомашин. В данной главе проведено тестирование разработанного метода математического моделирования, численного метода и алгоритмов расчета. Разработка проблемно-ориентированного программного комплекса. Проведена проверка адекватности моделирования.

Четвертая глава содержит систематизацию и обобщение результатов численного исследования пространственного температурного поля лопатки с охлаждением, в том числе на основе применения процесса газодинамической температурной стратификации.

Работа выполнена на кафедре «Тепловая и топливная энергетика» Ульяновского государственного технического университета.

1. МОДЕЛИРОВАНИЕ КАК СРЕДСТВО ПОИСКА ТЕХНИЧЕСКИХ

РЕШЕНИЙ ПО ПОВЫШЕНИЮ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ И НАДЕЖНОСТИ ТУРБОМАШИН. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ 1.1. Современные подходы к обеспечению надежности и долговечности

газотурбинных установок

Выделяют следующие основные причины, которые нарушают работоспособность ГТУ и ее элементов [49; 50]:

1) ошибки на стадии проектирования конструкции, либо отдельных ее элементов;

2) отклонения и нарушения на стадии изготовления, монтажа, ремонта оборудования;

3) несоответствие фактических характеристик материалов их паспортным значениям;

4)несоблюдение параметров окружающей среды, характеристик топлива, охлаждающей воды и т. п.

5) нарушения, допущенные при управлении ГТУ.

Максимальное свое влияние на работоспособность ГТУ данные причины оказывают на первых этапах их эксплуатации и в период наладки, либо при наработке установкой, в том числе отдельных ее элементов, своего расчетного ресурса. Стоит отметить, что в основном ГТУ стационарного типа имеют более низкие показатели надежности в сравнении с ожидаемым ресурсом [49; 50].

Основной причиной отказа стационарных ГТУ приходится на лопаточные аппараты и роторы газовых турбин (до 40 -45 %). Данное обстоятельство связано со степенью тяжести условий (как силовой, так и температурной), при которых происходит работа данных элементов конструкции [49; 50].

Это обуславливается так же наличием центробежных сил инерции и аэродинамических переменных сил потока рабочего газа. Большое влияние оказывают экстремально высокие температуры (до 2500 К) и градиенты температур,

которые можно наблюдать вдоль пера лопатки турбомашины при работе ее не только в стационарном состоянии, но и в особенности при переходных режимах.

Расчетную оценку срока службы лопаточного аппарата необходимо производить с учетом специфических условий ее работы и воздействия среды рабочего газа в сложным газодинамических. Исходя из предела выносливости материала из которых изготовлена лопатка турбомашины и ее конструктивного исполнения представляется возможным оценка запаса прочности, на основе которого определяется расчетный ресурс деталей ГТУ.

Требуемый ресурс лопаток турбомашин следует определять, с учетом опыта их эксплуатации, в том числе на основе результатов эквивалентных испытаний, которые моделируют рабочие условия.

Экономические затраты на восстановительный ремонт, либо замену лопаточного аппарата, могут составлять до 80 % стоимости газотурбинной установки в целом. Ввиду того, что в последнее десятилетие наметился переход от планово-предупредительных ремонтов, к системе ремонтов по техническому состоянию оборудования, особенно актуальным стал вопрос поиска новых конструктивных решений лопаток турбомашин с длительным ресурсом работы в критических режимах их эксплуатации [49; 50].

Большая часть дефектов стационарных ГТУ ее основных узлов наблюдается в лопаточном аппарате и представляется в виде трещин, коробления, срабатывание верхних концов, натира контактных поверхностей, отложения зольного характера, изнашивание, увеличение шероховатости поверхностей, появлением забоин трещин, местного изнашивания, коррозии [14; 15; 17; 19].

В основном в период доводки конструкции лопаточного аппарата и в начале эксплуатации проявляются дефекты, которые указывают на конструктор-ско-технологические недоработки и ошибки; в последующие этапы работы основную часть составляют дефекты, причиной которых является недостаточность прочностных характеристик материалов.

Большое влияние на долговечность лопаток оказывают медленные циклические изменения температуры, которые уменьшают ее на 25-35%.

В настоящее время стационарные ГТУ должны иметь срок службы в десятки тысяч часов. Неравномерность прогрева и колебания температуры сильно влияют на долговечность лопаточного аппарата.

Постоянное нарастание деформации происходит даже при постоянных значениях температуры и в случае если механические напряжения намного меньше предела упругости материала. Предел прочности материала значительно выше предела ползучести.

В литературе известны параметрические уравнения, согласующие напряжения, время и значения температуры материалов лопаток турбомашин [51, 55].

Зависимость Манкмана-Гранта определяет срок службы и скорость ползучести:

тут = с, (1.1)

где с и т - постоянные, т - срок службы, ч.

Ниже приведен параметр Ларсена-Миллера.

Р = Т(с + ^ т), (1.2)

где с - постоянная, равная около 20 у хромоникелевых сплавов.

Натурные испытания, позволили получить эмпирические зависимость а = f ф) (рисунок 1.1), которая мало зависит от значения температуры. Данные зависимости были получены в Центральном котлотурбинном институте, Центральном институте авиационного моторостроения, НИИ черной металлургии и в других организациях. Задав значения срока службы и температурой на основе выражения (1.2) определяют Р, а по рисунку 1.1 вычисляют допускаемое напряжение.

На основе натурных испытаний, установлено снижение долговечности жаропрочных сталей при повторном их нагреве относительно долговечности при постоянном длительном нагреве [51]. Это снижение может достигать 30 % [51].

Рисунок 1.1 - Зависимость пределов прочности ов и ползучести о02 от параметра Ларсена-

Миллера

Скорость ползучести сильно зависит от циклического изменения температуры. Число циклов зависит от пластической деформации s0, согласно выражению [55]:

S0 = N0,5 = const, (1.3)

Анализ которого позволяет заключить, что при увеличении в 100 раз количество циклов, пластическая деформация повышается в 10 раз. Выражение (1.4) характеризует зависимость предела прочности от колебания температуры [55].

С = Сое

-kAt

(1.4)

л-2

где а0 - предел прочности при исходной температуре; е = 2,718; к = 0,77 • 10"

Уравнение (1.5) определяет характеристику предела прочности лопатки турбомашины от срока ее службы.

= ^о ф1/т, (1.5)

где т = 0,14; х0 и т - исходный и искомый срок службы, ч.

На основе анализа рисунка 1.2 можно сделать заключение, что основным способом повышения эффективности ГТУ является повешения начального значения температуры перед ротором (как и давления). Данный метод является наиболее простым и менее затратным.

Зависимость уменьшения температуры рабочего газа и рабочих лопаток ГТУ от относительной мощности приведена на рисунке 1.3. Стоит отметить, что изменения температуры рабочих лопаток меньше, чем температуры рабочего газа.

т., к

1400 1300 1200 1 100 1000

0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 Ne Рисунок 1.2 - Зависимость температуры рабочего газа перед ротором турбины ВД от относительной мощности: 1 - одновальная; 2 - двух и трехвальная

Mr, С At,, 'С

200 100 0

0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 Ne

Рисунок 1.3 - Зависимость уменьшения температуры газа Д^ и рабочих лопаток Д^ ГТУ от относительной мощности: 1 - одновальная; 2 - двух и трехвальная

Данные зависимости построены на основе выражении (1.1)—(1.5) для жаропрочных хромоникелевых сплавов. Результаты проведенных расчетов при температуре лопаток 700 °С приведены в таблице 1.1.

Особенно остро стоит вопрос сокращения издержек собственного потребления для технологических нужд теплоэлектроцентрали водных, воздушных и топливных ресурсов, снижения вредного воздействия энергетических систем и комплексов на окружающую среду. Так в современных газотурбинных уста-

L\ Л,,

\

% Ч 1 I \ ч ^ ч Ч 2 ^ г*

"7ч дь Ч '^Ч v ч ^

новках от 4% до 10 % от общего расхода воздуха, который поступает в компрессор, отбирается для охлаждения лопаточного аппарата [17].

Таблица 1.1

Зависимость пределов текучести и прочности материалов лопаток турбомашин от

срока службы т

т, ч 100 1000 10000 1000000

ов, МПа 400 283 200 142

а02, МПа 260 184 130 92

Хотя в области получения жаропрочных материалов достигнуты значительные результаты, которые могут быть использованы и при разработке лопаток турбомашин, основным методом обеспечения необходимого ресурса работы при высоких температурных режимах является создание эффективных методов охлаждения.

На основании изложенного следует, что одним из основных методов повышения срока службы лопаточного аппарата турбомашин является снижение неравномерности прогрева по перу лопатки.

1.2. Анализ современных подходов к созданию эффективных систем охлаждения лопаток турбомашин

По виду используемого хладагента системы охлаждения лопаток турбомашин разделяют на воздушные, жидкостные и воздушно-жикостные. По методу использования охладителя выделяют замкнутые, полузамкнутые и открытые системы.

Методы охлаждения лопаток турбомашин разделяют на следующие основные группы [1]:

- конвективное (внутреннее), (рисунок 1.4 а);

- заградительное (внешнее), (рисунок 1.4 б);

- комбинированные (конвективно-заградительное), (рисунок 1.4 в, г)

- за счет использования теплостойких покрытий на лопатках турбомашин.

ОийАйПМ» 1ЙллиДцтвл» | ?м

в г

Рисунок 1.4 - Способы отвода тепла при различных методах охлаждения [1]: а - конвективное охлаждение; б - заградительное охлаждение; в,г - комбинированное охлаждение

В современных газотурбинных установках в случае использования в качестве охлаждающей среды - воздуха, существует возможность реализации всех четырех методов охлаждения, которые указаны выше.

В текущих условиях, метод воздушного охлаждения лопаток турбомашин получил максимальное распространение в сравнении с другими, ввиду ее надежности и простоты конструкции.

Существует два метода реализации воздушного конвективного метода охлаждения:

- продувка охлаждающего воздуха через внутреннюю полость, в некоторых случаях в которой иногда пролегают каналы (отверстия) вдоль пера лопатки, или устанавливается профилированный дефлектор [10] (рисунок 1.5, а, б, в);

- продувка охлаждающего воздуха через зазор между внутренним дефлектором и профилем лопатки вдоль её профиля [11] (рисунок 1.5, г).

Метод заградительного воздушного охлаждение реализуют путем вдува охлаждающего воздуха на наружную поверхность профиля лопатки через щели или отверстия в её стенке («пленочное охлаждение») (рисунок 1.5, д), либо ис-

пользованием в качестве материала самой лопатки проницаемые (пористые) сплавы («пористое охлаждение») [15] (рисунок 1.5, ж).

Использование пленочного охлаждения в основном нацелено на защиту от чрезмерного перегрева наиболее термически уязвимых участков тела лопатки -входная и выходная кромка (рисунок 1. 5, е, з). Реализация такого метода системы охлаждения называется комбинированной заградительно-конвективной: что подразумевает под собой сочетание в средней части профиля лопатки конвективного охлаждения и пленочного для кромок.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Золотов Александр Николаевич, 2021 год

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Андерсон Д., Таннехил Дж., Плетчер Р. Вычислительная гидромеханика и теплообмен. - М.: 1990. Т.1. 384 с. Т.2. 728 с.

2. Белоусов А.М. Вихревая труба Ранка-Хилша как перспективное устройство получения низких температур / А.М. Белоусов, И.Х. Исрафилов, С.И. Харчук // Научный журнал НИУ ИТМО. Серия: Холодильная техника и кондиционирование. - 2014. - №2(36). - С. 62-66.

3. Богод А.Б., Курманов Б.И., Подвидз Г.Л. Исследование плоского трансзвукового течения газа через решетку объединенным методом интегральных уравнений и установления // изв. АН. ССР. МЖГ. 1980. №1. - С. 105-111.

4. Бойко А.В. Пространственная оптимизация лопатки прямой турбинной решетки с изменением профиля по высоте / А.В. Бойко, Ю.Н. Говорущенко, В.С. Баранник // Вюник НТУ «ХП1». - Харьков: НТУ «ХП1», 2013. - №14(988).

- С.5-10.

5. Бринь А.А. Броуновское осаждение наночастиц из ламинарного газового потока в трубе/ А.А. Бринь, С.П. Фисенко, А.И. Шнип// ЖТФ. - 2008. - Т.78.

— Вып. 9. - С. 41-45.

6. Бурцев С.А. Методика расчета устройства газодинамической температурной стратификации / С.А. Бурцев // Тепловые процессы в технике. - 2013. -№9. - С. 386-390.

7. Бушуев М. Н. Технология производства турбин. - М.: «Машиностроение», 1966. 416 с.

8. Вараксин, А.Ю. О влиянии вдува газа на защиту поверхностей тел, обтекаемых двухфазным потоком / А.Ю. Вараксин, М.В. Протасов // Теплофизика высоких температур. 2017. Т. 55. №6. С. 785-788.

9. Вараксин А.Ю. Обтекание тел дисперсными газовыми потоками / А.Ю.Вараксин // ТВТ, 2018, том 56, выпуск 2, 282-305.

10. Волков А.В. Метод численного исследования обтекания пространственных конфигураций путём решения уравнений Навье-Стокса на основе схем высокого порядка точности. Дисс. докт. Физ.-мат. Наук. // ЦАГИ - Москва, 2010. 189 с.

11. Вотажин А.Б. Газовая динамика. Избранное. В 2 Т. / Под общей ред. А.Н. Крайко. Ред.-сост. А.Н. Крайко, А.Н. Секундов. - 2-е изд. Испр.- М.: ФИЗМАТЛИТ, 2005. - 720 и 752 с.

12. Галиуллин, Р.Г. Теория резонансных колебаний пульсирующих течений / Р.Г. Галиуллин, М.Г. Кузнецов, О.В. Козулина // Вестник Казанского технологического университета. 2012. Т. 15. №2. С. 67-69.

13. Гортышов Ю.Ф. Численное моделирование интенсификации теплообмена при движении воды в узком канале с цилиндрическими лунками на нагретой стенке Ю.Ф. Гортышов, С.А. Исаев, А.И. Леонтьев // Тепловые процессы в технике. 2013. №12. С. 542-551.

14. Генералов Д. А. Разработка программно-информационного комплекса для моделирования и исследования теплового состояния лопаток турбин / Д.А. Генералов, А.Н. Золотов // http://ify2015.ulstu.ru/projects/70 // Четвертый Ульяновский молодежный инновационный форум 2015 г. Номер статьи: F-6_70

15. Гильманов А.Н. Методы адаптивных сеток в задачах газовой динамики.

- М.: Наука. ФИЗМАТЛИТ, 2000. - 248 с.

16. Годунов С.К., Семендяев К.А. Разностные методы численного решения задач газовой динамики // Журн. вычисл. матем. и матем. физ. 1972. Т. 12. №2.

- с. 429-440.

17. Дейч. М.Е. Техническая газодинамика. М.: Энергия, 1974. 592 с.

18. Демидович Б.П., Марон И.А. Основы вычислительной математики. М.: Найка, 1970. 664 с.

19. Дыбана Е.П. Расчетные и экспериментальные методы определения теплового состояния основных узлов газовых турбин с воздушным охлаждением /

Под ред. Е.П. Дыбана, М.М. Иващенко, Л.А. Коздобы. Руководящие указания ЦКТИ - ИТТФ АН УССР, вып. 29, т. 2, 1972. 224 с.

20. Епифанов В.М., Копелев С., Кокуева Ж.М. Исследование турбинных решеток с пористым охлаждением в трансзвуковом режиме // Энергетическое машиностроение. 1981. №1-81-03. - С. 15-19.

21. Епифанов В.М. Некоторые проблемы применения пористого охлаждения лопаток ГТД. // Изв. ВУЗов. Авиационная техника. 1977. №1. - С. 42-47.

22. Золотов А.Н. Разработка программно-информационного комплекса для исследования теплового состояния лопаток турбомашин и отработки технологий их тепловой защиты / Д.А. Генералов, А.Н. Золотов // Сборник тезисов участников форума «Наука будущего - наука молодых» Том. 1 -Севастополь, 2015. - С. 90-92

23. Золотов А.Н. Численное исследование и математическое моделирование теплового состояния лопаток турбомашин / А.Н. Золотов, В.Н. Ковально-гов, М.И. Корнилова // Проблемы тепломассообмена и гидродинамики в энергомашиностроении: Материалы докладов X школы-семинара молодых ученых и специалистов академика РАН В.Е. Алемасова. Казань, 13 - 15 сентября 2016 г. - Казань: КазНЦ РАН, 2016. - С. 62-66

24. Золотов А.Н. Численное исследование теплового состояния лопаток турбомашин / А.Н. Золотов, М.И. Корнилова // http://ify.ulstu.ru/projects/233 Пятый Ульяновский молодежный инновационный форум 2016 г. Номер статьи: F-6_233

25. Золотов А.Н. Программно-информационный комплекс для анализа теплового состояния лопаток турбомашин / В.Н. Ковальногов, А.Н. Золотов, Р.В. Федоров // Автоматизация процессов управления. - 2020. - №4(62). - С.103--108.

26. Золотов А.Н. Математическое моделирование и численное исследование процессов газодинамической температурной стратификации в системе охлаждения лопаточного аппарата турбомашин / В.Н. Ковальногов, А.Н. Золотов,

Р.В. Федоров // XXI век: итоги прошлого и проблемы настоящего плюс. - 2020. - №04(52). - С.25-29

27. Золотов А.Н. Математическое моделирование и численное исследование теплового состояния лопаток турбомашин / А.Н. Золотов //Математические методы и модели: теория, приложения и роль в образовании: Международная научно-техническая конференция (Россия, г. Ульяновск, 28-30 апреля 2016 г.): сборник научных трудов. Ч. 1. - С. 49-58

28. Золотов А.Н. Моделирование и исследование технологии тепловой защиты лопаточного аппарата турбомашин с использованием газодинамической температурной стратификации / В.Н. Ковальногов, А.Н. Золотов, М.И. Корнилова // Автоматизация процессов управления. - 2015. - №4 (42). - С.101-107

29. Золотов А.Н. Повышение эффективности и разработка способов охлаждения лопаточного аппарата турбомашин / А. Н. Золотов, В. Н. Ковальногов // Энергосбережение в городском хозяйстве, энергетике, промышленности: Седьмая Международная научно-техническая конференция (г. Ульяновск, 21-22 апреля 2017 г.): сборник научных трудов. Т. 1. - Ульяновск: УлГТУ, 2017. - С. 266-270

30. Зысина-Моложен Л.М., Зысин Л.В., Поляк М.П. Теплообмен в турбо-машинах. Л.: Машиностроение, 1974. 336 с.

31. Зысина-Моложен Л.М., Рост Э.Г. Влияние турбулентности набегающего потока на локальную теплоотдачу в турбинных сопловых решетках // Теплоэнергетика. 1978. №4. - С. 31-36

32. Иванов М.Я., Крупа В.Г. Неявный нефакторизованный метод расчёта турбулентных течений вязкого теплопроводного газа в решетках турбомашин. // Журн. вычисл. матем. и матем. физ. 1991. Т. 31. №5. - С. 754-766.

33. Иванов М.Я. К решению двумерных и пространственных задач обтекания тел околозвуковым потоком. // Журн. вычисл. матем. и матем. физ. 1975. Т.15. №5. - С. 1222-1240.

34. Измоденова Т. Ю. Моделирование теплозащитных свойств газовых завес при параметрах, типичных для организации пленочного охлаждения: Автореферат дисс. канд. техн. наук. СПб: Санкт-Петербургский Государственный политехнический институт, 2001. 16 с.

35. Иванов М.Я., Нигматуллин Р.З. неявная схема С.К. Годунова повышенной точности для численного интегрирования уравнений Эйлера. // Журн. вычисл. матем. и матем. физ. 1987. Т. 27. №11. - С. 1725-1735.

36. Иванов М.Я., Рылько О.А. Расчет трансзвукового течения в пространственных соплах. // Журн. вычисл. матем. и матем. физ. 1972. Т. 1. №5. - С. 1280-1291.

37. Калинин Э.К., и др. Интенсификация теплообмена в каналах. М.: Машиностроение, 1981. 205 с.

38. Капинос В.М., Слитенко А.Ф., Тарасов А.И. Модифицированная полуэмпирическая модель турбулентности // Инженерно-физический журнал. 1981. Т. 41. №6. - С. 970-976.

39. Ковальногов В.Н. Моделирование, исследование и разработка технологии тепловой защиты лопаточного аппарата турбомашин / В.Н. Ковальногов А.Н. Золотов, М.И. Корнилова, Р.В. Федоров // Сборник тезисов докладов и сообщений 15 Минского международного форума по тепло- и массообмену. Том 3. Минск, 2016. - С. 331-335.

40. Ковальногов В.Н. Моделирование эффективности тепловой защиты лопаток газотурбинной установки / В.Н. Ковальногов А.Н. Золотов, Р.В. Федоров // Проблемы газодинамики и тепломассообмена в энергетических установках: Тезисы докладов ХХ Школы-семинара молодых ученых и специалистов под руководством акад. РАН А.И. Леонтьева - М.: Издательский дом МЭИ, 2015. - С. 255-257.

41. Ковальногов В.Н. Моделирование теплового состояния лопаток турбо-машин / В.Н. Ковальногов, А.Н. Золотов, К.П. Золотова // Проблемы газодинамики и тепломассообмена в энергетических установках: Тезисы докладов XXI

Школы-семинара молодых ученых и специалистов под руководством акад. РАН А.И. Леонтьева (г. Санкт-Петербург, 22-26 мая 2017 г.), сборник научных трудов. Т. 1. - Москва: Издательский дом МЭИ, 2017. - С. 167-170

42. Ковальногов Н.Н. Пограничный слой в потоках с интенсивными воздействиями. Ульяновск: УлГТУ, 1996. 246 с.

43. Ковальногов, Н.Н. Пограничный слой в потоках с интенсивными воздействиями / Н.Н. Ковальногов.- Уляьновск: УлГТУ, 1996. - 246 с.

44. Ковальногов В.Н., Цветова Е.В., Петров А.В. Моделирование и исследование газодинамической температурной стратификации в дисперсном потоке /В.Н. Ковальногов, Е.В. Цветова, А.В. Петров // Промышленная теплотехника, 2013. - Т. 35. - №7.- С. 71-74.

45. Копелев С. З. Охлаждаемые лопатки газовых турбин (тепловой расчет и профилирование). - М.: «Наука», 1983. 144 с.

46. Копелев С. З., Слитенко А. Ф. Конструкция и расчет систем охлаждения ГТД. - X.: «Основа», 1994. 240 с.

47. Кутателадзе С.С. Теплопередача и гидродинамическое сопротивление. Справочное пособие. М.: Энергоатомиздат, 1990. 367 с.

48. Курманов Б.И., Подвидз Г.Л. Расчет внешней теплоотдачи в решетках турбомашин с использованием различных моделей турбулентности. // Изд. РАН. МЖГ. 1997. №5. - С. 50-61.

49. Курманов Б.И., Подвидз Г.Л. Расчет турбулентного течения газа в решетках турбомашин по уравнениям Новье - Стокса в приближении тонкого слоя. // Изд. РАН. МЖГ. 1999. №2. - С. 38-49.

50. Лапин Ю.В. Алгебраические модели турбулентности для пристенных канонических течений / Ю.В. Лапин, А.В. Гарбарук, М.Х. Стрелец. - Научно-технические ведомости СПбГТУ. 2004. - 32 с.

51. Лозовский В.Н. и др. Диагностика авиационных двигателей. — М.: Машиностроение, 1988. 154 с.

52. Локай В.И., Гунченко Э.И., Лиманский А.С. К расчету охлаждаемых лопаток турбин // Изв. Вузов. Авиационная техника. 1974. №3. - С. 80-84.

53. Локай В.И., и др. Газовые турбины двигателей летательных аппаратов. М.: Машиностроение, 1979. 447 с.

54. Леонтьев, А.И. Теория тепломассообмена /А.И. Леонтьев, С.И. Исаев, И.А. Кожинов. - М., 2017. - 464 с.

55. Леонтьев, А.И. Особенности теплообмена на проницаемой поверхности / А.И. Леонтьев, В.Г. Лущик, А.Е. Якубенко А.Е. // Труды пятой Российской национальной конференции по теплообмену. М.: Изд-во МЭИ. 2010. Т. 2. С. 154-157.

56. Макаров, М.С. Газодинамическая температурная стратификация в сверхзвуковых потоках: диссертация канд. физ.-мат. наук: 01.04.14 / М. С. Макаров. - Новосибирск: Институт теплофизики СО РАН, 2007.- 154с.

57. Меньшов И.С. Повышение порядка аппроксимации схемы Годунова на основе решения обобщенной задачи Римана // Журн. вычисл. матем. и матем. фи. 1990. Т. 30. №9. - С. 1357-1371.

58. Меньшов И.С. Повышение точности схемы Годунова для расчета стационарных сверхзвуковых течений газа на основе решения обобщенной задачи Римана // Журн. вычисл. матем. и матем. физ. 1992. Т. 32. №2. - С. 311-319.

59. Мухачев Г.А., Щукин В.К. Термодинамика и теплопередача. М.: Высшая школа, 1991. 480 с.

60. Нагога Г. П. Эффективные способы охлаждения лопаток высокотемпературных газовых турбин: учебное пособие. - М.: Изд. МАИ, 1996. 100 с.

61. Осокин В. А., Шпак П. А., Пиюк Е. Л. Перспективы совершенствования конструкций теплозащитных покрытий для лопаток газотурбинных установок.// Перспективные материалы. - 2008. - №2. - С.19-27.

62. Пасконов В.М. Численные решения нестационарных уравнений пограничного слоя // Вычислительные методы и программирование. Вып. XI. - М.: Изд. МГУ, 1968. 114 с.

63. Пасконов В.М., Полежаев В.И., Чудов Л.А. Численное моделирование процессов тепло и массообмена. - М.: Наука, 1984. 114 с.

64. Пат. № 70727 СССР: МПК F 01 D 5/18 Устройство для охлаждения полых лопаток турбин внутреннего сгорания/ Роттэ А. Э.; заявитель и патентообладатель - Роттэ А. Э. № 10403; опубл. 29.02.1946

65. Пат. №173072 СССР: МПК F 01 D 5/18 Рабочая лопатка с жидкостным двухконтурным охлаждением/ Петухов В. Г.; заявитель и патентообладатель -Центральный котлотурбинный институт И. И. Ползунова № 852869/24-6; опубл. 14.12.1965

66. Пат. № 2078947 Российская Федерация: МПК F 0Ю 5/18 Способ защиты турбинной лопатки/ Гохштейн Я. П., Гохштейн А. Я.; заявитель и патентообладатель - Федеральное государственное унитарное предприятие Гохштейн Я. П., Гохштейн А. Я. № 93058127/06; опубл. 10.05.1997.

67. Пат. № 2106499 Российская Федерация: МПК F 0Ш 5/18 Охлаждаемая лопатка газовой турбины/ Черняев И. А., Фадеев С. И.; заявитель и патентообладатель - Акционерное общество "Авиадвигатель" № 95100646/06; опубл. 10.03.1998.

68. Пат. № 2122123 Российская Федерация: МПК F 0Ш 5/18 Охлаждаемая сопловая лопатка с вихревой матрицей/ Михайлов Н. И., Маркин М. И, Копылов И. С., Иванов В. С., Чуйкин В. Н.; заявитель и патентообладатель - Открытое акционерное общество Самарский научно-технический комплекс им.Н.Д.Кузнецова № 94045348/06; опубл. 20.11.1998.

69. Пат. № 2276732 Российская Федерация: МПК F 0Ю 5/18 (2006.01) Охлаждаемая лопатка турбины/ Ковальногов Н. Н., Жуховицкий Д. Л., Цынаева А. А.; заявитель и патентообладатель - Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" № 2004101447/06; опубл. 20.06.2005

70. Пат. №2283365 Российская Федерация: МПК С 23С 14/06 (2006.01) Способ защиты лопаток газовых турбин/ Будиновский С. А., Каблов Е. Н., Му-

бояджан С. А.; заявитель и патентообладатель - Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" № 2004134635/02; опубл. 10.05.2006.

71. Пат. № 2285805 Российская Федерация: МПК F 0Ю 5/18 (2006.01) Охлаждаемая лопатка турбины с комбинированным охлаждением/ Ковальногов Н. Н., Хахалева Л. В., Буинов Д. А.; заявитель и патентообладатель - Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" № 2005112126/06

72. Пат. № 2286463 Российская Федерация: МПК F 0Ш 5/18 Охлаждаемая перфорированная лопатка турбомашины с термобарьерным покрытием/ Трушин В. А.; заявитель и патентообладатель - Трушин В. А. № 2004133291/06; опубл. 27.04.2006.

73. Пат. №2349679 Российская Федерация: МПК С 23С 14/30 (2006.01) Способ нанесения комбинированного теплозащитного покрытия на лопатки турбин ГТД/ Панков В. П., Коломыцев П. Т., Панков Д. В.; заявитель и патентообладатель - Панков В. П., Коломыцев П. Т., Панков Д. В. № 2007119212/02.

74. Пат. № 2629304 Российская Федерация: МПК F02C3/20 Газотурбинный двигатель с внешним теплообменником / Ковальногов В.Н., Федоров Р.В., Генералов Д.А., Золотов А.Н., Корнилова М.И.; заявитель и патентообладатель Ульян. гос. тех. ун-т - №2015155124; опубл. 28.08.2017.

75. Пат. № 2629305 Российская Федерация: МПК F02C3/20 Газотурбинный двигатель с паровыми форсунками / Ковальногов В.Н., Федоров Р.В., Генералов Д.А., Золотов А.Н., Корнилова М.И.; заявитель и патентообладатель Ульян. гос. тех. ун-т - №2015155123; опубл. 28.08.2017

76. Пейтел В.К., Чен Х.К. Турбулентный след за пластиной // Аэрокосмич. техника. 1988. №3. - С. 13-22.

77. Плоткина, В.А. История развития теории пограничного слоя (ХХ-ХХ1 века) / В.А. Плоткина, П.А. Стародубцев // Журнал «История науки и техники» - М.: ООО Изд. «Научтехлитиздат», 2014. №4. С. 3-12.

78. Самарский А.А. Теория разностных схем. - М.: наука, 1989. 394 с.

79. Самойлович Г.С. Гидрогазодинамика. М.: Машиностроение, 1990. 344

с.

80. Свидетельство о государственной регистрации программ. продукта: № 2020660230. Программный комплекс расчета теплового состояния лопаток тур-бомашин с охлаждением на основе применения эффекта газодинамической температурной стратификации. / Золотов А.Н., Ковальногов В.Н., Федоров Р.В.; Ульяновский государственный технический университет. 31.08.2020

81. Состояние и перспективы создания современных высокотемпературных ГТУ российским энергомашиностроением. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http: //4energetic.ru/pages/homepage

82. Теплообменные устройства газотурбинных и комбинированных установок/ Н.Д. Грязнов, В.М. Епифанов, В.Л. Иванов, Э.А. Манушин. -М.: Машиностроение, 1985. 360 с.

83. Тепло- и массообмен. Теплотехнический эксперимент: Справочник / Под ред. В.А. Григорьева и В.М. Зорина. М.: Энергоиздат, 2014. 512 с.

84. Теплопередача в охлаждаемых деталях газотурбинных двигателей / В.И. Локай, М.Н. Бодунов, В.В. Жуйков, А.В. Щукин. М.: Машиностроение, 1993. 288 с.

85. Терехов, В.И. Влияние частиц на структуру течения и дисперсию твердой примеси в двухфазной осесимметричной струе / В.И. Терехов, М.А. Пахо-мов // Журн. техн. физики.- 2011.- Т. 81, №10.- С. 27-35.

86. Толстых А.И. Компактные разностные схемы и их приложения к проблемам аэрогидродинамики. - М.: Наука, 1990. 254 с.

87. Трехмерное отрывное обтекание тел произвольной формы / Белоцер-ковский С.М., Ништ М.И., Котовский В.Н., Федоров Р.М. Под ред. С.М. Бело-церковского. ЦАГИ, 2000. 256 с.

88. Федоров Р. В., Золотов А.Н. Контроль прогрева роторов высокого и среднего давления турбины К800240 ЛМЗ для АСУТП / Р.В. Федоров, А.Н. Зо-

лотов // Энергетика, экология, химия: сб. студ. науч. работ. - Ульяновск: Ул-ГТУ, 2011. - С. 182-183.

89. Федоров Р. В., Золотов А.Н. Особенности существования нелинейных жидкостей / Р.В. Федоров, А.Н. Золотов // Энергетика, экология, химия: сб. студ. науч. работ. - Ульяновск: УлГТУ, 2012. - С. 61.

90. Ши Дяньмо. Численные методы в задачах теплообмена. М.: Мир, 1988. 544 с.

91. Щукин А.В. Пристенная интенсификация теплообмена при сложных граничных условиях: моногр. / А. В. Щукин, А. В. Ильинков ; Казан. гос. техн.ун-т им. А.Н. Туполева - КАИ. - Казань: Изд-во КАИ, 2014. - 252 с.

92. Якимов А.С. Математическое моделирование тепловой защиты и некоторых задач тепломассообмена / А.С. Якимов Томск: Изд-во Том. ун-та, 2015. -214 с.

93. Abbas A. Aerodynamic technologies to improve aircraft performance / A. Abbas, J. de Vicente, E. Valero // Aerospace Science and Technology.- 28. 2013. -P. 100-132.

94. Baldwin B.S., Barth T.J. A one equation turbulence transport model for hight Reynolds number wall-bounded flows // NASA TM - 102847. -1990. 26 p.

95. Bardina J.E., huang P.G., Coacley T.J. Turbulence modeling validation, testing and development // NASA TM - 110445. - 1997. 98 p.

96. Berlemont A. Coupling level set/vof/ghost fluid methods: Validation and application to 3d simulation of the primary break-upof a liquid jet / A. Berlemont, T. Menard, S. Tanguy // International Journal of Multiphase Flow. - 2007- vol. 33. -No. 5, - P. 510-524.

97. Burgos, J. Numerical study of laminar mixed convection in a square open cavity/ J. Burgos, I. Cuesta, C. Saluena // International Journal of Heat and mass Transfer. - 99. -2016. -P. 599-612.

98. Cleak J.G.E., Gregory-Smith D.G. Turbulence modeling for secondary flow prediction in a trbine cascade // ASME J. Turbomachinery.-1992. - 114, №3. - P. 590-598.

99. D. V. Syranov; V. N. Kovalnogov; A. N. Zolotov. Modeling, research and optimization of heat losses during transport in energy systems // 2016 2nd International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing (ICIEAM), (2016); doi: 10.1109/ICIEAM.2016.7911654

100. Francesco, V. An Innovative plate heat exchanger of enhanced compactness / V. Francesco, C. Lionel, R. Philippe, L. Emmanuel // Applied Thermal Engineering 87 (2015). P. 826-838.

101. Goltsman A. E.Shear stresses in turbulent pulsating channel flow / A.E. Goltsman, N.I. Mikheev // Thermophysics and Aeromechanics. 2015, Volume 22, Issue 3, P 319-328.

102. Hasinia H., Sarah S. A. F.,Mohd J. M. N. CFD analysis of first stage nozzle cooling optimization in power station gas turbine // Jurnal Teknologi (Sciences & Engineering). - 2015. Vol.76(5). P. 73-78.

103. Isaev S.A. Numerical simulation of the turbulent air flow in the narrow channel with a heated wall and a spherical dimple placed it for vortex heat transfer enhancement depending on the dimple depth / S.A. Isaev, A.V. Schelchkov, A.I. Leontiev, P.A. Baranov// International Journal of Heat and Mass Transfer. 2016. Vol. 94, P. 426-448.

104. Karaca C. DNS of unsteady effects on the control of laminar separated boundary layers/C. Karaca, A.G. Gungor// European Journal of Mechanics B/Fluids. - 56.-2016. - P. 71-81.

105. Kornilov V. I. Current state and prospects of researches on the control of turbulent boundary layer by air blowing/ V.I. Kornilov // Progress in Aerospace Sciences. - 76. - 2015. - P. 1-23.

106. Lefebvre M., Arts T. Numerical aero-thermal prediction of laminar/turbulent flows in a two-dimensional high pressure turbine linear cascade // 2nd

European conference on turbomachinery, fluid dynamics and thermodynamics, 5-7 March 1997. Antwerpen, Belgium. - 1997. P. 401-109.

107. Leontev A.I. Heat and mass transfer in a tube with permeable walls: influence of suction and the Prandtlnuber / A.I. Leontev, V.G. Lushchik, M.S. Makarova // Eight International Symposium on Turbulence, Heat and Mass Transfer Proccedings. 2015. P. 145-147.

108. Leontev A.I. Temperature stratification under suction of the boundary layer from a supersonic flow / A.J. Leontev, V.G. Lushchik, M.S.Makarova // High Temperature. 2012. T. 50. Ne 6. C. 739-743.

109. M. G. Korniliev; V. N. Kovalnogov; A. N. Zolotov. Modeling and analysis of the efficiency of the convective drying of capillary-porous bodies with ultrasound // 2016 2nd International Conference on Industrial Engineering, Applications and Manufacturing (ICIEAM), (2016); doi: 10.1109/ICIEAM.2016.7911655

110. Menter F.R. Two-equation eddy viscosity turbulence models for engineering applications // AIAA J. - 1994. - 32, №11. P. 1299-131.

111. Mohamed G. Ghorab. Cooling performance and flow-field analysis of a hybrid scheme with different outlet configurations / G. Ghorab. Mohamed // Applied Thermal Engineering. 2013. Vol. 61, Issue 2, P. 799-816.

112. Sompol S. Thermal performance in solar air heater channel with combined wavy-groove and perforated-delta wing vortex generators / S. Sompol, P. Pongjet, T. Chinaruk, P. Monsak // Applied Thermal Engineering, Vol. 100. 2016. P. 611-620.

113. Spalart P.R., Allmaras S.R. A one equation turbulence model for aerodynamics flows // La Recherche Aerospatiale. - 1994. -1. №1. P.5-21.

114. Sai V.A., Lufty F.M. Analysis of the Baldwyn-Barth and Spalart-Allmaras one equation turbulence models // AIAA J. - 1995. - 33, №10. - P.1971-1977.

115. Tuacke J. Large Eddy Simulation for Turbines: Methodologies, costs and Future Outlooks / J. Tuacke, P. Tucker // Journal of turbomachinery, 2014, Vol. 136.

116. Wen B. Effect of structural factors on maximum aerodynamic heat flux of strut leading surface / B. Wen, Z. Youhai, C. Juntao, Y. Daren // Applied Thermal Engineering. - 69. - 2014. - P. 188-198.

117. Zolotov A.N., Kovalnogov V.N., Fedorov R.V., Khakhaleva L.V. The modeling of influence of the external turbulence over the heat transfer towards the surface of turbomachinery blades // AIP Conference Proceedings 1863, 560017 (2017); doi: http://dx.doi.org/10.1063Z1.4992700

118. Zolotov A.N., Kovalnogov V.N., Fedorov R.V., Generalov D.A., Khakhalev Y.A. Numerical research of turbulent boundary layer based on the fractal dimension of pressure fluctuations // AIP Conference Proceedings, 1738, 480004 (2016); doi: 10.1063/1.4952240

119. Zolotov A.N., Kovalnogov V.N., Fedorov R.V. Development and study of technical solutions for turbine blades cooling // AIP Conference Proceedings, 1978, 470024 (2018); doi: https://doi.org/10.1063A.5044094

120. Zolotov A.N., Kovalnogov V.N., Kornilev M.G. Modeling Of Heat And Humidity Condition Of The Capillary-Porous Body In The Process Of Convective Drying With Ultrasound // Science, Technology and Higher Education [Text] : materials of the IX International research and practice conference, Westwood, December 23-24, 2015. - p. 297-303

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Свидетельство о государственной регистрации программы

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Патенты на право интеллектуальной собственности

ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Акты внедрения результатов кандидатской работы

Результаты диссертационной работы Золотова А.Н. «Математическое моделирование и исследование процессов газодинамической температурной стратификации в системе охлаждения лопаточного аппарата турбомашин», в частности разработанная автором программа для ЭВМ «Программный комплекс расчета теплового состояния лопаток турбомашин с охлаждением на основе применения эффекта газодинамической температурной стратификации», свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2020660230, используется в учебном процессе Ульяновского государственного технического университета на кафедре «Тепловая и топливная энергетика» для подготовки магистров по направлению 13.04.01 -«Теплоэнергетика и теплотехника» в рамках практических и лабораторных занятий по дисциплинам «Алгоритмизация и программирование в теплоэнергетике» и «Математическое моделирование».

АКТ

о внедрении в учебный процесс результатов диссертационной работы Золотова А.Н.

Начальник учебного управления, к.т.н., доцент

И.В. Горбачев

УЛЬЯНОВСК

Филиал «Ульяновский» ПАО «Т Плюс»

АКТ

о внедрении результатов кандидатской диссертационной работы Болотова Александра Николаевич

Результаты диссертационной работы Золотова Александра Николаевич «Математическое моделирование и исследование процессов газодинамической температурной стратификации в системе охлаждения лопаточного аппарата турбомашин», представленной на соискание учёной степени кандидата технических наук, используются в аналитической и учебной деятельности на Ульяновской ТЭЦ - 1 филиала «Ульяновский» ПАО «Т Плюс».

С использованием программного комплекса проведены исследования тепловых процессов в пограничном слое на теплонагруженных поверхностях нагрева котлоагрегата ТГМЕ-464, на основе которых разработаны рекомендаций по ведению режима работы котлоагрегата при сжигании мазута. Использование указанных результатов позволяет: повысить эффективность и надёжность котлоагрегата при работе на резервном топливе (мазуте); повысить уровень подготовки специалистов, занимающихся эксплуатацией котлоагрегатов.

Технический директор Ульяновско (

филиала «Ульяновский» ПАО «Т Г

С.С. Медведев