Повышение эффективности системы подвода охлажденного воздуха к рабочей лопатке первой ступени турбины ГТД тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Диденко Роман Алексеевич

• Диденко Роман Алексеевич
• кандидат наук
• 2022

Оглавление диссертации кандидат наук Диденко Роман Алексеевич

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО СИСТЕМАМ ПОДВОДА ВОЗДУХА К ПЕРВОЙ РАБОЧЕЙЛОПАТКЕ ТУРБИНЫ

1.1 Натекание потока на свободный вращающийся диск

1.2 Течение между двумя вращающимися дисками

1.3 Течение в аппарате закрутки и камере смешения

1.4 Течение через вращающиеся отверстия

1.5 Конструкция и термогазодинамика систем подвода

Выводы по главе

ГЛАВА 2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ИЗУЧАЕМОГО ОБЪЕКТА И ЕЕ ВАЛИДАЦИЯ НА ОСНОВЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ

2.1. Геометрические характеристики модели и граничные условия

2.2. Расчетная область модели

2.3 Особенности математической модели и способ ее комплексной валидации на основе экспериментальных данных

2.4 Особенности осреднения параметров потока в системе подвода

Выводы по главе

ГЛАВА 3 МЕТОД ПЕРВИЧНОГО ПОЭЛЕМЕНТНОГО ТЕРМОГАЗОДИНАМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА

3.1. Способ анализа аэродинамической эффективности и проверки результатов численного моделирования течения в аппарате закрутки

3.2. Способ анализа и увеличения аэродинамической и тепловой эффективности камеры смешения

3.3. Способ расчета характеристик отверстий в покрывном диске и их влияние на характеристики «соседних элементов»

3.4. Способ анализа изменения основных интегральных характеристик потока во вращающемся диффузоре на основе адаптированных критериев подобия

Выводы по главе

ГЛАВА 4 МЕТОД ВЫБОРА ОСНОВНЫХ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ СИСТЕМЫ ПОДВОДА

4.1 Способ оценки основных термогазодинамических характеристик

4.2 Способ выбора оптимального радиуса расположения аппарата закрутки в системе подвода воздуха к рабочей лопатке турбины

4.3 Способ сравнения систем с отверстиями и без них во вращающемся покрывном диске

4.4 Способ оценки влияния и выбора ширины вращающегося диффузора

Выводы по главе

ГЛАВА 5 ПОДХОД К ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОМУ ПРОЕКТИРОВАНИЮ СИСТЕМЫ ПОДВОДА ВОЗДУХА К РАБОЧЕЙ ЛОПАТКЕ ПЕРВОЙ СТУПЕНИ ТУРБИНЫ ГТД

5.1. Формулировка подхода к термодинамическому проектированию системы подвода

5.2. Особенности практического применения разработанного подхода

Выводы по главе

ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ПРИЛОЖЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение эффективности системы подвода охлажденного воздуха к рабочей лопатке первой ступени турбины ГТД»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. Создание высоконагруженных турбин перспективных газотурбинных двигателей (ГТД) нового поколения требует:

- снижения расхода охлаждающего воздуха G , поступающего на охлаждение рабочей лопатки первой ступени турбины высокого давления (ТВД), и, соответственно, уменьшения величины обобщенного параметра турбулентного потока Ят во вращающемся диффузоре

системы подвода до значений 0.4.. .0.6;

- увеличения частоты вращения ротора турбокомпрессора с , и, соответственно, увеличения числа Рейнольдса Re до уровня ~ 2-10 .

При этом увеличиваются аэродинамические и тепловые потери в камере смешения, находящейся за аппаратом закрутки системы подвода, и возрастает нежелательный подогрев воздуха при его прокачивании через вращающийся диффузор, образованный диском турбины и покрывным диском. Поэтому для повышения эффективности системы подвода, а именно -обеспечения под рабочей лопаткой необходимого уровня давления и минимальной температуры охлаждающего воздуха, а также минимизации потерь мощности ТВД, связанных с течением воздуха в системе подвода, необходимы способы оценки эффективности её отдельных элементов и выбора основных геометрических параметров в целом, учитывающие новые упомянутые выше требования к системам подвода для высоконагруженных турбин перспективных ГТД.

Степень разработанности. В диссертационной работе проанализированы результаты исследований по направлению систем подвода охлаждающего воздуха к рабочей лопатке турбины за последние 100 лет.

Системы подвода активно проектируются ведущими двигателестроительными компаниями при поддержке университетов. В Германии это Daimler-Benz Aerospace, MTU, Siemens AG и Rolls Royce Deutschland c университетами Karlsruhe, Duisburg-Essen и Duesseldorf ; в Великобритании Rolls Royce pls. в плотной связке с университетами Bath, Sussex и Surrey, в США и Канаде - GE, P&W Canada с MIT, Concordia Univercity. В Российской федерации - ОДК с университетами РГАТУ, МАИ, СПбПУ, Самарский университет и др.

Степень разработанности предмета исследования высокая, однако, выявлены значимые нерешенные вопросы в задачах по выбору радиуса расположения аппарата закрутки, влиянию ширины диффузора и отверстий во вращающемся покрывном диске на

характеристики системы. Необходимо отметить, что в совокупности результаты проанализированных исследований разрознены, а основные параметры часто не согласованы с условиями работы реального двигателя.

Цель работы. Для повышения качества процесса проектирования системы подвода охлаждающего воздуха к рабочей лопатке первой ступени турбины ГТД необходимо разработать способы анализа её эффективности и на их основе подход к её термогазодинамическому проектированию, учитывающий новые и повышенные требования, определяющие актуальность темы исследования и соответствующие ГТД нового поколения.

Задачи исследования

1. Определить проблемы проектирования систем подвода на основе анализа теоретических и практических исследований по теме.

2. Разработать метод первичного поэлементного термогазодинамического анализа, включающий в себя способы анализа аэродинамической и тепловой эффективности основных элементов системы подвода: аппарата закрутки, камеры смешения, вращающихся отверстий и вращающегося диффузора.

3. Создать метод выбора основных геометрических параметров системы подвода, который должен включать способы оценки основных термогазодинамических характеристик системы подвода и выбора ее геометрических характеристик, таких как радиус расположения аппарата закрутки, ширина вращающегося диффузора, наличие или отсутствие отверстий во вращающемся покрывном диске.

4. Разработать математическую модель системы подвода и провести ее валидацию на основе полученных экспериментальных данных.

5. Провести сквозную многоуровневую апробацию предложенных способов анализа на основе разработанной и валидированной математической модели системы подвода.

Научная новизна работы

1. Предложен способ анализа влияния отверстий во вращающемся покрывном диске турбины ГТД на характеристики системы подвода, заключающийся в оценке характеристик «соседних» по отношению к отверстиям элементов, который позволяет получить зависимости коэффициента дросселирования аппарата закрутки и деградации параметров потока во вращающемся диффузоре от начальной закрутки потока для систем с отверстиями и без.

2. Впервые установлено влияние относительной ширины радиального вращающегося диффузора системы подвода £ , изменяющейся в диапазоне от 0.01 до 0.2, на термогазодинамические характеристики потока охлаждающего воздуха в нем.

Практическая значимость работы

1. Разработанный подход к термогазодинамическому проектированию системы подвода воздуха к рабочей лопатке первой ступени турбины ГТД, включающий в себя восемь сформулированных и апробированных способов расчета и анализа характеристик, а также выбора основных параметров используется в общей методологии проектирования турбин ПАО «ОДК-Сатурн».

2. Показано, что в системах подвода давление и температура под лопаткой изменяются монотонно в зависимости от закрутки потока на выходе из вращающегося диффузора ръ (на входе в байонетное соединение), поэтому требование по обеспечению р = 1.0 для систем подвода нецелесообразно.

3. Основные положения и результаты, полученные в ходе работы, использовались в образовательном процессе студентами кафедры «Авиационные двигатели» РГАТУ в ходе подготовки специальных частей дипломных проектов.

Методология и методы исследования

В работе применены основные положения теории тепломассообмена и газовой динамики, теории подобия, теории ГТД и теории лопаточных машин; а также методы вычислительной газовой динамики, математического моделирования и анализа, использовались современные вычислительные средства, программное обеспечение (Unigraphics №Х, Ansys CFX) и суперкомпьютерные технологии. Экспериментальные данные получены методом натурного полноразмерного эксперимента.

На защиту выносятся

1. Предложенный метод первичного поэлементного термогазодинамического анализа, в который вошли четыре предложенных способа оценки тепловой и аэродинамической эффективности основных элементов системы подвода: аппарата закрутки, камеры смешения, вращающихся отверстий и вращающегося диффузора.

2. Разработанный метод определения основных геометрических характеристик системы подвода, содержащий четыре предложенных способа оценки основных термогазодинамических характеристик системы подвода и на их основе определения ее геометрических параметров.

3. Результаты сквозной многоуровневой апробации разработанных способов анализа.

Степень достоверности результатов работы. Требуемая степень достоверности

получаемых результатов достигается за счет:

1. Использования общих фундаментальных законов сохранения массы, импульса и

энергии.

2. Применения сертифицированного коммерческого программного комплекса, верифицированного на основе экспериментальных данных, а также апробированного на ПАО «ОДК-Сатурн» при проектировании и доводке узлов газотурбинных двигателей и силовых установок.

3. Качественным и количественным согласованием расчетов, с экспериментальными данными, полученными с участием автора в рамках работ по созданию перспективных ГТД и полноразмерных узлов-демонстраторов разработки ПАО «ОДК-Сатурн», а также с результатами других авторов.

Апробация результатов исследования. Основные результаты исследований докладывались и обсуждались на Международной научно-технической конференции "Проблемы и перспективы развития двигателестроения" (СГАУ, Самара, 2009 и 2011 г.г.); Международном молодежном форуме в рамках одиннадцатого международного салона "ДВИГАТЕЛИ 2010" (Москва, 2010 г.); Ш-й Международной научно-технической конференции" Авиадвигатели XXI века" (ЦИАМ, Москва, 2011 г.); Международной конференции ASME Turbo Expo 2012 (Дания, Копенгаген, 2012 г.); Международной конференции «Теплообмен и газодинамика в закрученных потоках» (Рыбинск, 2019 г.); Заседаниях кафедры «Общая и техническая физика» Рыбинского государственного авиационного технического университета имени П.А. Соловьева и кафедры «Теория, расчет и проектирование авиационных ГТД» Самарского национального исследовательского университета имени академика С.П. Королева в 2020 и 2021 г.г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 20 работ, из них 8 статей в журналах и сборниках, рекомендованных ВАК, одна статья в зарубежном издании, индексируемом в базе данных Scopus.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5-ти глав, заключения, списка литературы из 125 наименований. Общий объём работы составил 148 страниц машинописного текста, 90 рисунков, 17 таблиц.

ГЛАВА 1 АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО СИСТЕМАМ ПОДВОДА ВОЗДУХА К ПЕРВОЙ РАБОЧЕЙЛОПАТКЕ ТУРБИНЫ

В ГТД воздушные системы, обеспечивающие охлаждение горячих элементов, вентиляцию замкнутых полостей, наддув лабиринтных уплотнений маслокартеров, управление осевым усилием и радиальными зазорами, а также обеспечивающие предотвращение затекание горячего газа из проточной части к внутренним элементам, называют общим термином - системы вторичного воздуха. Несмотря на то, что все перечисленные функции системы вторичного воздуха обеспечивают безопасную и надежную работу газотурбинного двигателя, данные системы являются паразитными по отношению к основным характеристикам ГТД, таким как, например, удельный расход топлива, увеличение которого пропорционально увеличивает стоимость эксплуатации ГТД [1, 2, 3, 46].

В сотав системы вторичного воздуха входит система охлаждения турбины высокого давления, воздух для которой отбирается от последних ступеней компрессора и через систему стационарных и вращающихся каналов и полостей доставляется к элементам турбины, требующим охлаждения. Самым «дорогим» в системе охлаждения турбины считается воздух, подаваемый на охлаждение первой рабочей лопатки (РЛ1) турбины высокого давления (ТВД). Эффективное использование этого воздуха обеспечивает большую выгоду с точки зрения снижения его расхода и соответствующего увеличения основных параметров ГТД.

Рисунок 1 - Продольный разрез ГТД ОБ90 и система подвода воздуха к РЛ1 ТВД. 1 - аппарат закрутки воздуха, 2 - камера смешения, 3 - вращающиеся отверстия, 4 -вращающийся диффузор, 5 - система каналов для подвода воздуха под рабочую лопатку

К системе подвода воздуха к РЛ1 ТВД (далее - система подвода воздуха) разработчиком двигателя выдвигаются следующие требования в порядке приоритетности:

а) обеспечение под РЛ1 необходимого уровня давления, обусловленного требованиями надежности охлаждения входной кромки РЛ1, б) обеспечение минимальной температуры охлаждающего воздуха под РЛ1, в) обеспечение минимальных затрат мощности турбины, связанных с подачей воздуха вдоль вращающихся дисков с расходом, достаточным для охлаждения РЛ1.

На рис. 1 представлен продольный разрез газотурбинного двигателя с системой подвода воздуха к РЛ1 ТВД.

В состав системы подвода воздуха принято включать следующие основные функционально взаимосвязанные элементы: аппарат закрутки, камеру смешения, отверстия во вращающемся покрывном диске/дефлекторе, радиальный диффузор, систему вращающихся каналов, подводящих охлаждающий воздух к рабочей лопатке.

К основным конструктивным характеристикам систем подвода относятся: а) относительный радиус расположения аппарата закрутки; б) способ трансляции воздуха от аппарата закрутки под покрывной диск/дефлектор (либо через кольцевой ряд дискретных отверстий, либо через непрерывную кольцевую щель в покрывном диске); в) относительная ширина вращающегося диффузора.

Научные исследования систем подвода воздуха можно условно разделить на пять основных направлений:

• первое направление - решение классической задачи натекания потока на свободный вращающийся диск;

• второе направление - задачи течения между двумя вращающимися дисками и прикладные исследования течения в радиальном диффузоре системы подвода с вращающимися стенками;

• третье направление - течения в аппарате закрутки и камере смешения;

• четвертое направление - течение через отверстия во вращающемся покрывном

диске;

• пятое направление - «собирающие» исследования термогазодинамических характеристик систем подвода целиком.

Чтобы выявить состояние научных исследований по системам подвода, рассмотрим каждое из перечисленных направлений по отдельности.

1.1 Натекание потока на свободный вращающийся диск

Случай, когда один вращающийся диск помещают в изначально невозмущённую среду, называют свободным диском (free disc, англ.). Рассмотрим диск радиуса ь, вращающийся с угловой скоростью Q относительно оси z . На поверхности такого диска формируется пограничный слой, через который, при условии отсутствия проскальзывания, вращающийся со скоростью Q • Г диск закручивает прилегающий поток со скоростью иф (рис. 2). При этом возникают центробежные силы, приводящие к радиальному течению потока и в пограничном слое.

В невозмущённом потоке на некотором расстоянии от диска 8 радиальная компонента скорости и равна нулю, и для выполнения закона сохранения расхода при радиальном течении в пограничном слое поток должен аксиально «запитывать» пограничный слой иг.

Результирующее радиальное течение в пограничном слое иногда называют насосным эффектом (рис. 2). А сам пограничный слой на вращающемся диске часто называют слоем Экмана [12, 13, 21, 28 и др]. Внутри пограничного слоя на диске режим течения может быть ламинарным или турбулентным.

а)

Rotating disc boundary layer, б)

Рисунок 2 - Течение на вращающемся диске [1] а) вид сверху, б) вид сбоку

Карман (1921г.) [4] получил следующую систему обыкновенных дифференциальных уравнений для течения потока у диска бесконечного радиуса - уравнения фон Кармана:

duz* dz*

d 2u

_r

dz*2

d U

+ 2u_ = 0

dz.

d 2u

_z

dz2

u

u

du t

_r*

dz*

du dz

- u

u2 + u2 = 0,

2u u* = 0

r* Ф* 1

duz* dpt.

dz dz

= 0,

...(1.1)

где

u* - безразмерная осевая компонента скорости; ur* - безразмерная радиальная компонента скорости; u» - безразмерная окружная компонента скорости; z - безразмерная осевая координата; p, - безразмерное давление.

Owen и Rogers 1989 г. [5] впервые численно решили систему из четырех обыкновенных дифференциальных уравнений (1.1) для ламинарного течения у вращающегося диска радиуса r=b. Для области z>0 граничные условия, соответствующие условию отсутствия проскальзывания на стенке диска, будут:

ur* = 0, = 1, uz* = 0 , p* = 0 при z* = 0, ur* = 0, u^ = 0 при z* ^ да , Так как уравнения (1.1) представлены в безразмерном виде, то их решение не зависит от угловой скорости O, плотности Р и вязкости f-A .

Графически результаты численного решения уравнений, а именно относительные значения величин скоростей ur, uz* и ur*, представлены на рис. 3.

Условно толщина пограничного на вращающемся диске определяется расстоянием от поверхности диска, на котором вектор тангенциальной скорости меньше либо равен 1% от скорости диска на данном радиусе щ = 0.01Qr или ur = щ/Or = 0.01 , что соответствует

zr - 5.5.

*

*

*

Рисунок 3 - Безразмерные профили скоростей при ламинарном режиме

течения на диске[12]

Тогда из уравнения = ^^[П/у следует, что для ламинарного пограничного толщина 5 не зависит от радиуса:

слоя его

5 = 5.5л МП

где

V - кинематическая вязкость, м/с;

П - окружная скорость вращения диска, рад/с.

По мере увеличения радиуса площадь диска, контактирующая с потоком, возрастает пропорционально квадрату радиуса, поэтому увеличивается и предоставляемый потоку объем в пограничном слое - течение в диффузоре. Течение дозвукового потока в диффузоре из закона сохранения расхода подразумевает его торможение. Отрицательное ускорение от расширения направлено противоположно ускорению, связанному с насосным эффектом и направленному от оси вращения к периферии диска. Результат описанного процесса -линейное увеличение радиальной и тангенциальной скорости потока в пограничном слое по

радиусу: иг

(г*) = иг/гП, иф*(I*) = иф!гП .

Для низких значений локального числа Рейнольдса поток на вращающемся диске будет ламинарным. В монографии [6] приведены результаты экспериментальных исследований многих авторов, где показано, что переходным является локальное вращательное число Рейнольдса:

Яеф, = х2 Яеф = 2 -105,

где

Re„ =

Д>2

r v ъ j

Re - локальное число Рейнольдса, на конкретном радиусе r .

х - отношение локального радиуса Г и радиуса диска Ь,

Яе = - число Рейнольдса, рассчитанное по радиусу диска Ь.

И

Поток у оси вращения диска ламинарный. Полностью турбулентным течение

становится при локальном числе Рейнольдса порядка 7 • 105.

Для турбулентного пограничного слоя Карманом [4] получены выражения для момента

сопротивления вращению Ст, толщины пограничного слоя 8 и безразмерного расхода воздуха С^0, затягиваемого вращающимся диском в свой пограничный слой:

Ст = 0.073 Яе О2,

ф '

г \2 ' r N

b

Re,

ф

0.2

S = 0.526r

v b У

CW0 = 0.219Re08. ...(1.2)

Уравнение (1.2) нашло экспериментальное подтверждение в работах Теодерсена и Ригера (1944) [7] для чисел Рейнольдса 5 х 105 < Re^ < 2 х 106.

В 1969 Baley и Owen [9] показали, что для чисел Рейнольдса Re^ > 2 х106 выражение

(1.2) в значительной степени не соответствует действительности.

В 1963 году Дорфман [8], исходя из предположения о логарифмическом профиле скорости в пограничном слое на вращающемся диске, показал, что для диапазона числа Рейнольдса 1 х 104 < Re^ < 1 х 106 коэффициент момента сопротивления определяется соотношением:

Cm = 0.491[log10(Re,)]2-58 ...(1.3)

Течение около одного вращающегося диска имеет много общего с течением между двумя дисками (течение в радиальном диффузоре системы подвода воздуха к первой рабочей лопатке ТВД). В подтверждение тому работа Решотко и Розенталя [10], где было найдено решение для больших чисел Рейнольдса для потока в зазоре между вращающимся и не вращающимся дисками путем соединения решений для двух одиночных дисков.

Долгое время [11] моделирование течения во вращающихся полостях выполнялось при помощи интегральных методов.

При интегрировании поперек пограничного слоя суммарного момента количества движения может быть получена связь толщины пограничного слоя, суммарного расхода воздуха и момента сопротивления вращению, обусловленного силами трения.

Расход воздуха т0 в пограничном слое определяется соотношением:

т = 2.779рЬ24&У,

"0

либо через число Рейнольдса:

т = 0.218б(х2 • Яе, Г.

фь 4 фу

Из уравнения для момента сопротивления вращению Т

1

Т = 2лЪ2р\ и

Ч " J г ф

0

после интегрирования можно получить выражение для момента сопротивления вращению Т диска радиуса Ь:

ТЧ = 0.03б47Ь502рЯеф5 . ...(1.4)

Для коэффициента момента сопротивления вращению С можно получить выражение:

С = 0.07294 Яе15. .„(1.5)

т ф V /

С = ' . .(1.6)

Т

0.5р0 2Ь5

Связь коэффициента момента сопротивления вращения Ст и момента Т определяется

согласно [12] выражением (12).

При осевом натекании потока на вращающийся диск Дорфман [8] показал, что момент сопротивления вращению Ст пропорционален коэффициенту , который пропорционален отношению осевой компоненты скорости потока за пределами пограничного слоя и к тангенциальной скорости вращения ОЬ :

2и 2 и

а = 2 и. . (1.7)

1т ; V /

7Гифг=Ь 7 ОЬ

где

2=оэ = и - осевая компонента скорости за пределами пограничного слоя;

и, , = Ob

ф,г=b

тангенциальная компонента

Рисунок 4 - Осевое натекание на вращающийся диск

пойдет речь в разделе 1.2.

скорости на поверхности диска на максимальном радиусе г = Ь .

Осевое натекание потока может привести к сдуванию слоев Экмана с поверхности диска и формированию на ней инерционного пограничного слоя - более подробно об этом

1.2 Течение между двумя вращающимися дисками

Первые работы по решению задачи течения между двумя вращающимися дисками опубликованы в середине XX века в Англии и США: Trinity Colledge, University of Bristol, Massachusetts Institute of Technology, University of Sussex и University of Bath. Ученые Proudman (1956 г.), Stewartson (1957 г.), Hide (1968 г.), Bennets и Jackson (1974 г.), Owen (1985 г) [59-63] проводили аналитические, численные и экспериментальные исследования взаимодействия вязких пограничных слоев на вращающихся дисках с невязким ядром потока. В зависимости от граничных условий, числа Рейнольдса, числа Россби, расстояния между стенками ядро потока может двигаться по законам твердого тела, свободного вихря, либо по «среднему» между ними закону. Вязкое взаимодействие вращающихся стенок и ядра потока, силы Кориолиса приводят к возникновению вторичных течений. Отличительной особенностью пограничных слоев на вращающихся стенках является наличие как сил вязкого взаимодействия со стенками, так и сил инерции. Поэтому структура такого пограничного слоя в значительной степени отличается от структуры «обычного» вязкого пограничного слоя - она крайне анизотропная [12].

В газотурбинном двигателестроении широкое распространение нашли системы с подводом воздуха к рабочей лопатке турбины через зазор между диском турбины и покрывным диском/дефлектором [14-16, 18, 19, 23, 27, 28, 47]. Зазор между диском турбины и покрывным диском системы подвода иногда называют вращающимся радиальным диффузором или радиальным диффузором с вращающимися стенками.

Общепринято разбивать область течения во вращающемся диффузоре системы подвода на три региона: начальный, центральный и выходой. Схематичное расположение регионов представлено на рис. 5.

Начальный регион (поз.1 на рис. 5) - область сильных инерционных течений. Начальный регион часто рассматриваться как регион со свободным вихрем. В рассматриваемом регионе поток подается на вход во вращающуюся полость, а затем в центральном регионе запитывает пограничные слои на вращающихся стенках (поз. 4 на рис. 2).

Центральный регион (поз. 2, 3 и 4 на рис.5) - невязкая вращающаяся область (поз. 2 на рис.5), в которой отсутствует радиальная и осевая скорость потока, а на вращающихся стенках образуются «запитанные» из начального региона пограничные слои (поз. 3 на рис. 2). Слои Экмана (поз. 4 на рис. 5) формируются на участках вращающихся стенок, которые остались «незапитанными» основным потоком из начального региона. Термином «слои Экмана» общепринято называть вязкий пограничный слой, расположившийся между вращающейся стенкой и центральной областью, где силы вязкости принебрежимо малы, а модуль относительной скорости потока в центральной области (вне слоя) очень незначителен по сравнению со скоростью вращения диска cor .

Выходной регион - область, где смыкаются пограничные слои, «пришедшие» с обеих вращающихся стенок, и поток формируется на входе в каналы байонетного соединения. В общем случае, высота выходного региона на порядок меньше высоты начального региона.

Начальный регион, запитанные и незапитанные (слои Экмана) пограничные слои и выходной участок формируют границы ядра потока (поз. 2 рис. 2), вращающегося медленнее, чем стенки диска.

Остановимся подробнее на начальном регионе. Течение, в котором траектории движения частиц представляют собой концентрические окружности, называется плоским концентрическим вихрем. Если двигающиеся в нем частицы потока одновременно не вращаются вокруг собственных осей, то такое движение называется плоским бесциркуляционным концентрическим вихрем, или свободным вихрем (free vortex). В

Рисунок 5 - Схематичное разбиение области вращающегося диффузора на регионы.

1 - начальный регион, 2 -невязкое вращающееся ядро, 3- слой Экмана, 4 -запитанный инерционный пограничный слой, 5 - выходной регион

противном случае, течение принято называть циркуляционным концентрическим вихрем, или вынужденным вихрем (forced vortex flow); иногда такое движение называют вихревым по закону твердого тела [12, 33]. В рассматриваемом случае в области начального региона поток движется по спирали - ближе к оси вращения осуществляется подвод воздуха во вращающуюся полость, отвод происходит на периферии полости.

Из условия, что завихренность течения, определяемая отношением предельного

значения циркуляции дГ к элементарной площади дА, для свободного вихря равна нулю [12, 33 и др.], следует, что скалярное произведение радиуса потока r на модуль окружной

компоненты скорости есть некоторая постоянная величина C :

C = м • r = const. ...(1.8)

Постоянную величину C [12, 33 и др.] принято называть силой вихря. Из условия сохранения момента количества движения единицы массы, учитывая, что идеальная закрутка потока на выходе из аппарата закрутки определяется выражением

А и = ®Г\, получим выражение для закрутки потока для произвольного радиуса участка со свободным вихрем:

/ \2 ' Л

'' =д

r1

V r у

— (19)

Щ

Из (1.9) следует, что если ßlis > 1 , то найдется такой радиус f , для которого

иф. IШТ^ = 1.0, а выражение (1.9) перепишется в виде:

г> = £05 • 1. .„(1.10)

где - представляет собой границу начального региона, в котором течение

происходит по закону свободного вихря.

С момента Т > Т^ поток начинает запитывать пограничные слои, а на стенках

формируется радиальное центробежное течение. Размер начального региона увеличивается с увеличением расхода воздуха С и уменьшается с увеличением числа Рейнольдса Яе^ [14 и

др].

Если расход воздуха С достаточно велик, то «начальный» регион может заполнить всю вращающуюся полость, тогда не будет слоев Экмана и внутреннего ядра потока.

Вращающийся поток при увеличении радиуса характеризуется снижением окружной составляющей скорости иф по уравнению (1.8) и ростом статического давления p :

ф_ иф2

— -Р-. ... (1.11)

or r

Выражение (1.11) получается из уравнений Навье-Стокса [12] путем введения соответствующих допущений, в том числе о том, что радиальная компонента скорости движения пренебрежима мала по сравнению с окружной скоростью. Выражение (1.11) справдливо для потоков вращающихся как по закону свободного вихря, так и для любого другого закона вращения, например - закона твердого тела.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Диденко Роман Алексеевич, 2022 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Данильченко, В.П. Проектирование авиационных газотурбинных двигателей [Текст] / В.П. Данильченко, С.В. Лукачев, Ю.Л. Ковылов и др. - Самара: Изд-во СНЦ РАН. -2008. - 620 с.

2. Kutz, K.J. Simulation of the Secondary Air System of the Aero Engines [Text] / K.J. Kutz, T.M. Speer // J. of Turbomachinery, 1994. - Vol. 116. - P. 306-315.

3. Foley, A. On the Performance of Gas Turbine Secondary Air Systems [Text] / A. Foley // ASME IGTI Congress, 2001. - Paper number 2001-GT-199. - P.1-14.

4. Karman, T Rotating disc [Text] / T. von Karman//ZAMM, 1921. - Vol. 1. - P. 233254.

5. Owen, J.M. Flow and heat transfer in rotating-disc systems. Volume 1: Rotor-stator systems [Text] / J.M. Owen, R.H. Rogers // Research Studies Press, 1989. -320 p.

6. Shevchuk, I.V. Modelling of Convective Heat and Mass Transfer in Rotating Flows [Text] / I.V. Shevchuk // Springer International Publishing, Switzerland 2016. - 235 p.

7. Theodorsen, T. Experiments on drag of revolving discs, cylinders and streamline rods at high speeds [Text] / T. Theodorsen, A. Regier // NACA Report, 1944. -793 р..

8. Dorfman, L.A. Hydrodynamic resistance and the heat loss of rotating solids. / L A. Dorfman // Oliver & Boyd, 1963. - 365 p.

9. Bayley, F.J. Flow between a rotating and a stationary disc [Text] / F.J. Bayley, Owen, J.M. // Aeronautical Quarterly, 1969. - Vol. 20. - P. 333-354.

10. Reshotko, E. Flow between rotor-stator discs [Text] / E.Reshotko, R.L. Rosental // Israel J. Tech, 1971. - Vol. 9. - P. 93-103.

11. Shevchuk, I.V. Convective Heat and Mass Transfer in Rotating Disk Systems [Text] / I.V. Shevchuk // Lecture Notes, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2009. - 245 p.

12. Childs, P.R.N. Rotating Flow [Text] / P.R.N. Childs // Linacre House, Jordan Hill, Oxford, OX2 8DP, UK, 2011. - 389 p.

13. Owen, J.M. Flow and heat transfer in rotating-disc systems. Volume 2: rotating cavities [Text] / J. M. Owen, R. H.Rogers //Research Studies Press, Taunton, UK. 1995 - Wiley, New York. -431 p.

14. Karabay, H. Flow in Cover-Plate Preswirl Rotor-Stator System [Text] / H. Karabay, J.-X. Chen, R. Pilbrow, M. Wilson, J. M. Owen //J.of Turbomachinery, 1999. - Vol. 121. - P. 160166.

15. Jarzombek, K. Flow analysis in gas turbine pre-swirl cooling air systems - Variation of geometric parameters [Text] / K.Jarzombek, H.J. Dohmen, F.-K. Benra, O. Schneider // Proceedings of ASME Turbo Expo, 2006. - GT2006-90445. - P.1-11.

16. Farzaneh-Gord, M. Numerical and Theoretical Study of Flow and Heat Transfer in a Pre-swirl Rotor-Stator System [Text] / M. Farzaneh-Gord, M. Wilson, J.M.Owen // Proceedings of ASME Turbo Expo, 2005. - GT2005-68135. - P.1-12.

17. Karabay, H. Approximate solutions for flow and heat transfer in pre-swirl rotating-disc systems [Text] / H. Karabay, M. Wilson, J.M.Owen // Proceedings of ASME Turbo Expo, 2001. - Paper 2001-GT-0200. - P.1-13.

18. Lewis, P. Effect of radial location of nozzles on performance of pre-swirl systems [Text] / P.Lewis, M.Wilson, G.Lock, J. M. Owen // Proceedings of ASME Turbo Expo, 2008. -GT2008-50295. - P.1-10.

19. Lewis, P. Physical Interpretation of Flow and Heat Transfer in Pre-swirl systems [Text] / P. Lewis, M. Wilson, G. Lock, J. M. Owen // Proceedings of ASME Turbo Expo, 2006. -GT2006-90132. - P.1-11.

20. El-Oun, Z.B. Preswirl Blade-Cooling Effectiveness in an Adiabatic Rotor-Stator System [Text] / Z. B. El-Oun, J. M. Owen // ASME J. Turbomachinery, 1989. - Vol. 111 - P. 522529.

21. Owen, J.M. Source-sink flow inside a rotating cylindrical cavity [Text] / J.M. Owen, J R. Pincombe, R.H. Rogers //J. Fluid Mech., 1985. - Vol. 155. - P. 233-265.

22. Kakade, V.U. Effect of Radial Location of Nozzles on Heat Transfer in Pre-swirl Cooling Systems [Text] / V.U. Kakade, G.D. Lock, M. Wilson, J.M. Owen, J.E. Mayhew // Proceedings of ASME Turbo Expo, 2009. - GT2009-59090. - P.1-12.

23. Karabay, H. Predictions of effect of swirl ratio on flow and heat transfer in rotating cavity [Text] / H.Karabay, M.Wilson, J. M. Owen //Int. J.of Heat and Fluid Flow, 2001. - Vol. 22. -P. 143-155.

24. Louis, J. F. Turbulent Flow Velocity Between Rotating Co-axial Disks of Finite Radius [Text] / J. F. Louis, A. Salhi // J. of Turbomachinery, 1989. - Vol. 111. - P. 333 - 340.

25. Pett, A. Model validation for a shrouded rotor-stator system with superposed cooling and static protuberances [Text] / A. Pett, D. Coren, P.Childs // Proceedings of ASME Turbo Expo, 2007. - GT2007-27744. - P.1-13.

26. Chew, J. W. Pre-swirled cooling air delivery system performance [Text] / J. W. Chew, F. Ciampoli, N. J. Hills, T.Scanlon // Proceedings of ASME Turbo Expo, 2005. - GT2005-68323. - P.1-10.

27. Yan, Y. Fluid Dynamics of a Pre-Swirl Rotor-Stator System [Text] / Y. Yan, M. Farzaneh-Gord, G. Lock, M. Wilson, J. M.Owen // J.of Turbomachinery, 2003. - Vol. 125. - P. 641647.

28. Owen, J. M. Air-cooled gas-turbine discs: a review of recent research [Text] / J M. Owen // International Journal of Heat and Fluid Flow, 1998. - Volume 9. - Issue 4. - P. 354-365.

29. Owen, J.M. An approximate solution of the flow between a rotating and stationary disk [Text] / J.M. Owen // ASME J. Turbomachinery, 1989. - Vol. 111. - P. 323-332.

30. Ong, C. L. Owen J.M. Boundary-Layer Flows in rotating Cavities [Text] / C. L. Ong, J.M. Owen //ASME J. Turbomachinery, 1989. - Vol. 111. - P. 341-348.

31. Ong, C. L. Computation of the flow and heat transfer due to the rotating disc [Text] / C. L. Ong, J.M. Owen //Int. J. Heat and Fluid Flow, 1991. - Vol. 12 - No. 2. - P. 106115.

32. Owen, J.M. Vortex breakdown in a rotating cylindrical cavity [Text] / J.M. Owen, J R. Pincombe // J. Fluid Mech., 1979. - Vol. 90. - Part 1 - P. 109-127.

33. Диксон, С.Л. Механика жидкостей и газов. Термодинамика турбомашин [Текст] / Пер. с англ. Р.Е. Данилова, М.И. Осипова. - М.: Машиностроение, 1981. - 213 с.

34 Гухман, А. А. Введение в теорию подобия [Текст] / А. А. Гухман. - М.: Высшая школа, 1973. - 296 с.

35 Yuxin, L. Design and Numerical Analysis of a New Type of Pre-swirl Nozzle [Text] / Liu Yuxin, Liu Gaowen // Proceedings of ASME Turbo Expo, 2016. - GT2016-56738. -P.1-15.

36 Dittmann, M. Discharge coefficients of the pres-swirl system in secondary air systems [Text] / M. Dittmann, T.Geis, V.Schramm, S.Kim, S.Wittig // Proceedings of ASME Turbo Expo, 2001. - ASME Paper 2001-GT-0122. - P.1-10.

37 Dittmann, M. Discharge coefficients of a pre-swirl system in secondary air systems [Text] / M. Dittmann, T. Geis, D. Schramm, S. Kim, S. Wittig // ASME Journal of Turbomachinery, 2002. - Vol. 124. - P. 119-124.

38 Chew, J. W. Pre-swirled cooling air delivery system performance [Text] / J. W. Chew, F. Ciampoli, N. J. Hills, T. Scanlon // Proceedings of ASME Turbo Expo, 2005 - GT2005-68323.- P.1-13.

39 Bricaud, C. Measurement and analysis of aerodynamic and thermodynamic losses in pre-swirl system arrangements [Text] / C. Bricaud, T.Geis, K. Dullenkopf, H.-J. Bauer // Proceedings of ASME Turbo Expo, 2007 - GT2007-27191. - P.1-14.

40 Javiya, U. A comparative study of cascade vanes and drilled nozzle design for preswirl [Text] / U. Javiya, J. Chew, N. Hills // Proceedings of ASME Turbo Expo, 2011. -GT2011-46006. - P.1-11.

41 Geis, T. Cooling air temperature reduction in a direct transfer preswirl system [Text] / T. Geis, M. Dittmann, K. Dullenkopf // Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, 2004. -Vol. 126. - P. 809-815.

42 Chew, J. W. Measurement and analysis of flow in a pre-swirled cooling air delivery system/ J. W. Chew, N. J. Hills, S. Khalatov, T. Scanlon, A. B. Turner // Proceedings of ASME Turbo Expo, 2003. - GT2003-38084. - P.1-14.

43 Popp, O. CFD Analysis of Coverplate receiver flow [Text] / O. Popp, H. Zimmerman, J. Kutz // J. of Turbomachinery, 1998. - Vol. 120. - P. 43-49.

44 Dittman, M. Discharge coefficients of Rotating Short Orifices With Radiused and Chamfered inlets [Text] / M. Dittman, K. Dulenkopf, S. Witting // J. of Eng. of G.T. and Power, 2004. - Vol. 126. - P. 803-808.

45 Karabay, H. Performance of Pre-Swirl Rotating-Disc Systems [Text] / H. Karabay, R. Pilbrow, M. Wilson, J. M. Owen // J. of Turbomachinery, 2000. - Vol. 122. - P. 442-450.

46 Peter, D. ICAS-GT: A European Collaborative Research Programme on internal cooling air systems for gas turbines [Text] / Peter, D. Smout, John W. Chew, Peter R. N. Childs // Proceedings of ASME Turbo Expo, 2002. - GT 2002-30479. - P.1-15.

47 El-Sadi, H. CFD study of HPT blade cooling flow supply systems [Text] / Н. El-Sadi, G. Guevremont, R. Marini, S. Girgis // Proceedings of ASME Turbo Expo, 2007. - GT2007-27228. - P.1-11.

48 Киселев, Б.М. Закрученные одномерные течения газа [Текст] / Б.М. Киселев // Труды ЦАГИ, 1952. - М. - 24 с.

49 Самойлович, Г. С. Коэффициенты расхода отверстий выравнивания давления в дисках турбины [Текст] / Г. С. Самойлович, Б.И. Морозов // Теплоэнергетика, 1957. - C. 1623.

50 Ennacer, M. Blade air cooling feed system CFD analysys and validation [Text] / M. Ennacer, G. Guevremont, T. Djeridane, S. Sreekanth, T. Lucas // Proceedings of ASME Turbo Expo, 2007. - GT2007-27002. - P.1-13.

51 Yan, Youyou Fluid dynamics of a pre-swirl rotor-stator system [Text] / Yan Youyou, M. F. Gord, G. Lock, M. Wilson, J. M. Owen // Proceedings of ASME Turbo Expo, 2002. - GT 2002-30415. - P.1-12.

52 Benra, F.-K. Application of an enhanced 1d network model to calculate the flow properties of a pre-swirl secondary air system [Text] / F.-K. Benra, H. J. Dohmen, O. Schneider// Proceedings of ASME Turbo Expo, 2008 - GT2008-50442. - P.1-15.

53 Snowsill, G.D. Application of cfd to assess the performance of a novel pre-swirl configuration [Text] / G.D. Snowsill, C. Young// Proceedings of ASME Turbo Expo, 2008. -GT2008-50684. - P.1-10.

54 Gupta, A.K. Numerical Simulation of TOBI Flow - Analysis of the Cavity between a Seal-Plate and HPT Disk with Pumping Vanes [Text] / A.K. Gupta, D. Ramerth, D. Ramachandran // Proceedings of ASME Turbo Expo, 2008. - GT2008-50739. - P.1-15.

55 Snowsill, G.D. The application of CFD to underpin the design of gas turbine pre-swirl systems [Text] / G.D. Snowsill, C. Young // Proceedings of ASME Turbo Expo, 2006. -GT2006-90443. - P.1-10.

56 Benim, A. C. Investigation into the computational analysis of direct-transfer pre-swirl systems for gas turbine cooling [Text] /A. C. Benim, D. Brillert, M. Cagan // Proceedings of ASME Turbo Expo, 2004. - GT2004-54151. - P.1-11.

57 Meierhofer, B. An Investigation of a Preswirled Cooling Airflow to a Turbine Disc by Measuring the Air Temperature in the Rotating Channels [Text] / B. Meierhofer, C. Franklin J.// ASME, 1981. - 81-GT-132. - P.1-10.

58 Geis, T. Cooling air temperature reduction in a direct transfer pre-swirl system [Text] / T. Geis, M. Dittmann, K. Dullenkopf // Proceedings of ASME Turbo Expo, 2003. - GT2003-38231. - P.1-13.

59 Proudman, I. The allmost rigid rotation of vicous fluid between concentric spheres [Text] / I. Proudman // Journal of Fluid Mech, 1956. - Vol. 1. - Part 5. - P. 505-516.

60 Stewartson, K. On almost rigid rotations [Text] / K. Stewartson // J. of Fluid Mech., 1957. - Vol. 3. - Part 1. - P. 17-26.

61 Hide, R. On source-sink flows in a rotating fluid [Text] / R. Hide // J. Fluid Mech., 1968. - Vol 32. - Part 4. - P. 737-764.

62 Bennetts, D.A. Source-sink flows in a rotating annulus: A combined laboratory and numerical study [Text] / D A. Bennetts // Journal of Fluid Mech., 1974. - Vol. 66. - Part 4. - P. 689 -705.

63 Owen, J.M. Source-sink flow inside a rotating cylindrical cavity [Text] / J.M. Owen, J R. Pincombe, R.H. Rogers //Journal of Fluid Mech., 1985. - Vol. 155. - P. 233-265.

64 Yuxin, L. Design and performance analysis of a vane shaped rotating receiver hole in high radius pre-swirl systems for gas turbine cooling [Text] / Yuxin L., Benzhuang Y., Xiaozhi K., Hua C, Huawei L. // Aerospace Scienceand Technology, 2021. -Vol. 115. - P.106-123.

65 Morse, A.P. Numerical Prediction of Turbulent Flow in Rotating Cavities [Text] / A.P. Morse A.P. // J. of Turbomachinery, 1988. - Vol. 110 - P. 202-212.

66 Hüning, M. Comparison of discharge coefficient measurements and correlations for several orifice designs with cross-flow and rotation around [Text] / Hüning, M. //Proceedings of ASME Turbo Expo, 2008 - GT2008-50976. - P.1-14.

67 Jarzombek, K. CFD analysis of flow in high-radius pre-swirl systems [Text] / K. Jarzombek, F.-K. Benra, H. J. Dohmen // Proceedings of ASME Turbo Expo, 2007. - GT2007-27404. - P.1-13.

68 Bardina, J. E. Turbulence Modeling Validation Testing and Development [Text] / J. E. Bardina, P. G. Huang, T. Coakley // NASA Technical memorandum, 1997. - 100 p.

69 Волков, К.Н. Течения и теплообмен в каналах и вращающихся полостях [Текст]/ К.Н.Волков, В.Н.Емельянов. - Москва: Физматлит, 2010. - 488 с.

70 Баскаков, А.П. Теплотехника: Учеб. для вузов / А.П. Баскаков, Б.В. Берг, О.К. Витт // Под ред. А.П. Баскакова. - 2-е изд., перераб. - М.: Энергоатомиздат, 1991. -224 с.

71 Пиралишвили, Ш.А. Теория подобия и анализ размерностей [Текст] / Ш.А. Пиралишвили, С.В. Веретенников, А.И. Гурьянов // Рыбинск: РГАТУ им. П .А. Соловьёва. - 2012. - 97 с.

72 Greenspan, H.P. Theory of rotating fluids [Text] / H.P. Greenspan // Cambridge Univercity Press, Cambridge, 1980. - 320 p.

73 Volkov, K.N. Simulation of turbulent flows in turbine blade passages and disc cavities [Text] / K.N. Volkov, N. J. Hills, J. W. Chew // Proceedings of ASME Turbo Expo, 2007 - GT2008-50672. - P.1-16.

74 Edbers, Ch. Physics of Rotating Fluids [Text] / Ch. Edbers, G. Pfister // Selected topics of the 11th International Couette-Taylor Workshop held at Bremen, Germany, 20-23 July 1999. - 320 p.

75 Schlichting, H. Boundary layer theory [Text] / H. Schlichting // 7th Edition. McGraw-Hill, 1979. - 740 p.

76 Богомолов, Е.Н. Об эффективности предварительной закрутки воздуха в системах охлаждения рабочих лопаток газовых турбин / Е.Н. Богомолов, В.В. Елизаров. // Изв. вузов. Авиационная техника. - 1984. - №3. - С. 15-19.

77 Богомолов, Е.Н. О насосном эффекте в каналах охлаждаемых рабочих лопаток турбин [Текст] / Е.Н. Богомолов, С.М. Пиотух, А.Н. Поткин // Изв. вузов. Авиационная техника. - 2004. - №3. - С. 37-40.

78 Muller, Y. Secondary Air System Model for Integrated Thermomechanical Analysis of a Jet Engine [Text] / Muller Y. // Proceedings of ASME Turbo Expo, 2008. - Paper 2008-GT-50078. - P.1-16.

79 Niu, J. Numerical Analysis on the Flow Characteristics of Rotating Axial Orifices under Non-rotation Method / J. Niu, G. Liu, // Northwestern Polytechnical University, Xi'an, People's Republic of China, 710072, 2018, Elsevier. - P.1-16.

80 Liu, Gaowen Theoretical and experimental evaluation of temperature drop and power consumption in a cover-plate pre-swirl system for gas turbine cooling [Text] / Gaowen Liu, Wenbin Gong // Case Studies in Thermal Engineering, 2021. - Vol. 27. - P.101-130.

81 Farthing, P.R. Rotating cavity with axial throughflow of cooling air: flow structure [Text] / P.R. Farthing, C A. Long, J.M. Owen, JR. Pincombe [Text] // J. Turbomach.,1992. -Vol. 114. - P. 237-246.

82 Kim, Y.I. Unsteady measurement of core penetration flow caused by rotating geometric non-axisymmetry in a turbine rotor-stator disc cavity [Text] / Y.I. Kim, S.J. Song // Exp. Therm. Fluid Sci., 2019. - Vol. 107. - P. 118-129.

84 Gan, X.P. Experimental study of the flow in the cavity between rotating disks / X.P. Gan, S.A. MacGregor [Text] // Exp. Therm. Fluid Sci., 1995. - Vol. 10. - P. 379-387.

85 Pilbrow, R. Heat transfer in a "cover-plate" pre-swirl rotating-disc system [Text] / R. Pilbrow, H. Karabay, M. Wilson, J.M. Owen // J. Turbomach.,1999. - Vol. 121. - P. 249-256.

86 Liu, Y. Design and performance analysis of a vane shaped rotating receiver hole in high radius pre-swirl system for gas turbine cooling [Text] / Y. Liu, B. Yue, X. Kong, H. Chen, H. Lu // Aero. Sci. Technol. 2021 - Vol. 115 - P. 106-124.

87 Lin, A. Effect of water injection cooling on flow field characteristics in the cooling section of precooled turbinebased combined cycle engine [Text] /Lin A., Zheng Q., Fawzy H., Luo M., Zhou J., Zhang H. // Int. J. Heat Mass Tran.,2019. - Vol. 141. - P. 615-626.

88 Lee, J. The effect of rotating receiver hole shape on a gas turbine pre-swirl system [Text] / Lee J., Lee H., Kim D., Cho J. // J. Mech. Sci. Technol., 2020. - Vol. 34. - P. 2179-2187.

89 Liu, G. Prediction of the sealing flow effect on temperature drop characteristics of pre-swirl system in an aero-engine [Text] / Liu G., Wang X., Gong W., Lin A. // Appl. Therm. Eng., 2021. - Vol. 189. - P. 1167-1183.

90 Liu, G. Experimental and CFD analysis on the pressure ratio and entropy increment in a cover-plate pre-swirl system of gas turbine engine [Text] / G. Liu, W. Gong, H. Wu, A. Lin // Eng. Appl. Comp. Fluid, 2021 Vol.15. - P. 476-489.

91 Lei, Z. Numerical analysis of air supply parameters and non-uniform characteristics in a cover-plate pre-swirl system with the adjustable flow path [Text] / Lei Z., Liu G., // Int. J. Energy Res., 2021. - Vol. 45. - P. 8763-8779.

92 Granovskiy, A. Impact of the pre-swirl nozzle location on the air transfer system (ATS) characteristic [Text] / A. Granovskiy, V. Kostege, S. Chernyshev, V. Vassiliev // Proceedings of ASME Turbo Expo, 2009. - GT2009-59355. P. 1-18.

93 Farthing, P.R. The use of deswirl nozzles to reduce the pressure drop in a rotating cavity with a radial inflow / P.R. Farthing, J.W. Chew, J.M. Owen // J. Turbomach., 1991. - Vol. 113.- P. 106-114.

94 Didenko, R.A. Pre-swirl cooling air delivery system performance study [Text]/ R.A. Didenko, D.V. Karelin, D.G. Ievlev, Y.N. Shmotin, G.P. Nagoga // Proceedings of ASME Turbo Expo, 2012. - GT2012-68342. - P. 1-12.

95 Zhang, F. Computational fluid dynamics analysis for effect of length to diameter ratio of nozzles on performance of pre-swirl systems [Text]/ F. Zhang, X. Wang, G. Liao, J. Li // Proc. IMechE Part A: J. Power Energy, 2015. - Vol. 229 - P. 381-392.

96 Zhang, F. Numerical investigation of flow and heat transfer characteristics in radial pre-swirl system with different pre-swirl nozzle angles [Text] / F. Zhang, X. Wang, J. Li // International Journal of Heat and Mass Transfer, 2016 - Vol. 95. - P. 984-995.

97 Пиралишвили, Ш.А. Решение комплексной задачи проектирования системы охлаждения рабочего колеса газовой турбины [Текст] / Ш.А. Пиралишвили, С.М. Пиотух, А Н. Поткин, В.П. Крупин // Вестник РГАТУ. - 2013. - №2(25). - С. 51-57.

98 Пиралишвили, Ш.А. Вихревой эффект. Эксперимент, теория, технические решения [Текст] / Ш.А. Пиралишвили, В.М.Поляев, М.Н. Сергеев. Под редакцией А.И. Леонтьева. - М.: УНПЦ "Энергомаш". - 2000. - 412 с.

99 Пиралишвили, Ш.А. Развитие методов интенсификации теплообмена в охлаждаемых лопатках газовых турбин закруткой потока [Текст] / Ш.А. Пиралишвили, С.В. Веретенников, С. М. Хасанов // Труды 5 Российской национальной конференции по теплообмену. - М.: Изд-во МЭИ. - 2010. - Т.6. - С. 121-125.

100 Нагога, Г.П. Ресурсное проектирование рабочей лопатки высокотемпературной турбины с минимальными затратами на охлаждение [Текст] / Г.П. Нагога, В.И. Цейтлин, В.П. Балтер // Промышленная теплотехника. -1990. - Т.12 - №2 - С. 55 - 62.

101 Нагога, Г.П. Эффективные способы охлаждения лопаток высокотемпературных газовых турбин [Текст] / Г.П. Нагога - М.: Изд. МАИ. - 1996. - 100 с.

102 Веретенников, С.В. Вихревой эффект и интенсификация процессов тепло- и массообмена в элементах энергетической техники [Текст] / С.В. Веретенников, Ш.А. Пиралишвили // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета имени академика С. П. Королёва (национального исследовательско-го университета). - 2011. -Ч. 1, № 3 (27). - С. 241-247.

103 Диденко, Р.А. Анализ характеристик потока между двумя вращающимися дисками в системе подвода воздуха к рабочей лопатке турбины на основе адаптированных критериев подобия [Текст] / Диденко Р.А., Пиралишвили Ш.А., Шахов В.Г. // Тепловые процессы в технике. - 2019. - Т. 11. №10. - С. 434-446.

104 Диденко, Р.А. Проработка технологии выбора оптимального радиуса расположения аппарата закрутки в системе подвода воздуха к рабочей лопатке турбины [Текст] / Диденко Р.А., Пиралишвили Ш.А., Виноградов К.А. // Тепловые процессы в технике. - 2019. -Т. 11. №11. - С. 514-526.

105 Диденко, Р.А. Влияние отверстий в покрывном диске на характеристики системы подвода воздуха к рабочей лопатке турбины [Текст] / Диденко Р.А., Пиралишвили Ш.А., Шахов В.Г. // Тепловые процессы в технике. - 2020. -Т. 12. №6. -С. 271-281.

106 Диденко, Р.А. Теория и расчет течения в системе подвода воздуха к рабочей лопатке турбины [Текст] / Диденко Р.А., Пиралишвили Ш.А., Виноградов К.А. // Тепловые процессы в технике. - 2020. - Т. 12. №7. - С. 314-324.

107 Куценко, Ю.Г. Численные методы оценки эмиссионных характеристик камер сгорания газотурбинных двигателей [Текст]./ Ю.Г. Куценко. - Екатеринбург-Пермь: УрО РАН, 2006. - 236 с.

108 Копелев, С.З. Тепловое состояние элементов конструкции авиационных двигателей [Текст]/ Копелев С.З., Гуров С.В. -М.: Машиностроение, 1978. -288с.

109 Лойцянский, Л.Г. Механика жидкости и газа: Учеб. Для вузов [Текст]/ Лойцянский Л.Г.-М.: Дрофа, 2003. - 840 с.

110 Дейч, М.Е. Техническая газодинамика [Текст]/ Дейч М.Е.-М.: Энергия, 1974.

-592 с.

111 Абрамович, Г.Н. Прикладная газовая динамика [Текст]/ Абрамович Г.Н. -М.: Наука, 1969.-824 с.

112 Белов, И.А. Теплоотдача и сопротивление пакетов труб [Текст]/Белов И.А., Кудрявцев Н.А. -Л.: Энергоатомиздат, 1987. - 223 с.

113 Белов, И.А. Задачи и методы расчета отрывных течений несжимаемой жидкости [Текст]/Белов И.А., Исаев С.А., Коробков В.А. -Л.: Судостроение, 1989. - 256 с.

114 Karnahl, J. Computational fluid dynamics simulations of flow and heat transfer in a preswirl system: influence of rotating-stationary domain interface [Text]/ J. Karnahl, J.V. Wolfersdorf, K.M. Tham, M. Wilson, G. Lock // J. Eng. Power, 2012. - Vol. 134. - P. 1-11.

115 Liu, G. Prediction of the sealing flow effect on the temperature drop characteristics of a pre-swirl system in an aero-engine / G. Liu, X. Wang, W. Gong, A. Lin // Applied Thermal Engineering, 2021. - Vol. 189. - P. 211-221.

116 Zhang, F. Numerical investigation on the effect of radial location of sealing air inlet and its geometry on the sealing performance of a stator-well cavity [Text] / F. Zhang, X. Wang, J. Li, // Int. J. Heat Mass Transf., 2017. - Vol. 11. - P. 820-832.

117 Liu, G.W. Theoretical and numerical analysis on thetemperature drop and power consumption of a pre-swirl system [Text] / G.W. Liu, H. Wu, Q. Feng, S.L. Liu // Proceedings of ASME Turbo Expo, 2016. - GT2016- 56742. - P. 1-12.

118 Wu, H. Entropy analysis of a cover-plate pre-swirl system [Text] / H. Wu, Q. Feng, G. Liu // J. Propulsion Technol., 2016. - Vol. 37. - P. 2048-2054.

119 Chen, F. Numerical study on effects of receiver holes angles on flow characteristics of pre-swirl system / F. Chen, S.F. Wang, G.Y. Zhang, H. Wang // J. of Propulsion Technol., 2018. -Vol. 39. - P. 1549-1555.

120 Wu, H. Measurement of pressures and temperatures in a cover-plate pre-swirl system [Text] / H. Wu, G.W. Liu, Z.P. Wu, Q. Feng, Y.G. Wang // Proceedings of ASME Turbo Expo, 2018. - GT2018-75671. - P. 1-12.

121 Wu, C. CFD analyses of HPT blade air delivery system with and without impellers [Text] / Wu, C., Vaisman, B., McCusker, K // Proceedings of ASME Turbo Expo, 2011. - GT2011-45949. - P. 1-13.

122 Childs, P. Internal air systems experimental rig best practice / P. Childs, K. Dullenkopf, D.Bohn // Proceedings of ASME Turbo Expo, 2006. - GT2006-90215. - P. 1-10.

123 Laurello, V. Measurement and Analysis of an Efficient Turbine Rotor Pump Work Reduction System Incorporating Pre-Swirl Nozzles and a Free Vortex Pressure Augmentation Chamber [Text] / V. Laurello, M. Yuri, K. Fujii, K. Ishizaka, T. Nakamura, H. Nishimura // Proceedings of ASME Turbo Expo, 2004. - GT2004-53090. - P. 1-14.

124 Ciampoli, F. Unsteady numerical simulation of the flow in a direct transfer pre-swirl system [Text] / Fabio Ciampoli, Nicholas J. Hills, John W. Chew, Timothy Scanlon// Proceedings of ASME Turbo Expo, 2008. - GT2008-51198.

125 ANSYS CFX Modelling Guide [Текст] / ANSYS Inc.- ANSYS CFX Release 14.2011.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Акты о внедрении результатов диссертационной работы Диденко Р.А.

о внедрении научных результатов диссертационной работы Диденко P.A. «Повышение эффективности системы подвода охлаждающего воздуха к ' рабочей лопатке первой ступени турбины ГТД», представленной на соискание ученой степени кандидата технических наук

Настоящий акт состаазен о том, что результаты диссертационной работы P.A. Диденко, выполненной в Рыбинском государственном авиационном техническом университете имени П.А. Соловьева, на кафедре «Общей и теоретической физики», внедрены при проектировании и доводке турбин в рамках ПИР «Турбина-ПИ», НИР «Енисейск-А», двигателей AJI-55 и ПД-8, разрабатываемых в ПАО «ОДК-Сатурн».

Разработанный автором подход к термогазодинамическому проектированию системы подвода воздуха к рабочей лопатке первой ступени турбины ГТД, предложенные способы расчета, анализа характеристик и выбора основных параметров позволяют повысить эффективность системы подвода путём минимизации потерь, связанных с подводом охлаждающего воздуха, минимизации его температуры при требуемом уровне давления и расхода в рабочую лопатку и, тем самым, улучшить качество проектирования турбин, а также их технические характеристики.

Заместитель начальника ОКБ

(обязательное)

УТВЕРЖДАЮ Генега^ный конструктор

АКТ