Влияние формы входных кромок и обтекаемых поверхностей на экономичность решеток турбомашин тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.04.12, кандидат технических наук Фишер, Евгений Робертович

• Фишер, Евгений Робертович
• кандидат технических наук
• 2001

Оглавление диссертации кандидат технических наук Фишер, Евгений Робертович

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРНЫХ ДАННЫХ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ.

1.1. ВОЗМОЖНОСТИ СНИЖЕНИЯ ПОТЕРЬ ЭНЕРГИИ В ОТНОСИТЕЛЬНО КОРОТКИХ РЕШЕТКАХ ТУРБОМАШИН.

1.1.1. Общие положения.

1.1.2. Классификация потерь энергии в решетках профилей турбомашин.

1.1.3. Возможности снижения профильных потерь.

1.1.4. Формирование вторичных течений в решетке. Структура концевых потерь.

1.1.5. Вторичные течения в сверхзвуковой области.

1.1.6. Меры по снижению концевых потерь в решетках.

1.1.7. Расчетные зависимости для определения концевых потерь.

1.2. ОБЗОР СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ЧИСЛЕННЫХ МЕТОДОВ

1.2.1. Общие принципы реализации численных методов на ЭВМ.

1.2.2. Численные методы решения уравнений Навье-Стокса.

1.2.3. Современные подходы к расчетно-экспериментальному исследованию течений в решетках турбомашин.

1.3. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ.

ГЛАВА 2. ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ УСТАНОВОК, МЕТОДИКА ИСПЫТАНИЙ, ОЦЕНКА ПОГРЕШНОСТИ ИЗМЕРЕНИЙ.

2.1. Описание экспериментальных установок.

2.1.1. Установка ВАТ-1.

2.1.2. Большая аэродинамическая труба.

2.2. Методика экспериментального определения потерь в решетках профилей

2.3. Оценка погрешности измерений.

ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СОПЛОВЫХ

РЕШЕТОК С РАЗЛИЧНОЙ ФОРМОЙ ВХОДНЫХ КРОМОК.

3.1. Исследование поля давлений перед входной кромкой.

3.2. Исследование решеток с "пилообразной" входной кромкой.

3.3. Экспериментальное исследование решетки симметричных каплевидных профилей.

3.4. Экспериментальные исследования решетки С-9012А.

3.4.1. Исследование решетки высотой 1=20 мм.

3.4.2. Исследование решетки высотой 1=30 мм.

3.4.3. Исследование решетки высотой 1=50 мм.

3.5. Исследование решеток с другими вариантами входных кромок.

3.6. Исследование решетки С-9012А при различных углах входа.

3.7. Визуализация течения в области входной кромки.

3.8. Экспериментальное исследование решетки со сбросом потока.

3.9. Обобщенные результаты исследований решетки с вырезом.

3.10. Физическая модель течения в области выреза на входной кромке.

3.11. Данные натурных испытаний решеток с вырезом на входной кромке.

ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ РЕШЕТОК С ВЫРЕЗОМ НА ВХОДНОЙ

КРОМКЕ МЕТОДОМ ЧИСЛЕННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ.

4.1. Краткое описание использованной численной схемы и программы расчета.

4.2. Моделирование течений в решетках с вырезами на входной кромке.

4.2.1. Моделирование течения в области входной кромки для симметричного каплевидного профиля.

4.2.2. Моделирование течения в области входной кромки для профиля С-9012А.

4.2.3. Моделирование течения для решетки профилей С-9012А.

4.2.4. Моделирование течений при различных углах входа потока в решетку

ГЛАВА 5. НОВЫЕ ПОДХОДЫ К КОНЦЕПЦИИ ПРОДОЛЬНО ОБТЕКАЕМЫХ КАНАВОК НА СПИНКЕ ПРОФИЛЯ В ОБЛАСТИ КОСОГО СРЕЗА

5.1. Экспериментальное исследование диффузорных решеток с канавками на спинке профиля.

5.2. Численное моделирование течения в открытой прямоугольной канавке

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Влияние формы входных кромок и обтекаемых поверхностей на экономичность решеток турбомашин»

Проблема совершенствования решеток турбомашин является центральной в современном турбостроении, поэтому работы в этой области не прекращаются и в настоящее время. Исследования по повышению эффективности решеток проводились по двум направлениям. С одной стороны, в 50-80-е годы — период активного проведения продувок решеток турбомашин и развития методов экспериментальных исследований — был накоплен большой объем опытных данных. Наряду с этим развивались и численные методы расчета течений. Однако низкий уровень развития ЭВМ того времени, отсутствие четких критериев оптимизации не позволили стать расчетным методам эффективным инструментом исследования. За последние десятилетия достигнут существенный прогресс в развитии ЭВМ, и современные численные методы уже позволяют проводить расчеты трехмерных уравнений для вязкого газа.

В современной экономической ситуации проведение газодинамических экспериментов требует значительных материальных затрат. Кроме того, детальное изучение структуры потока в межлопаточных каналах решеток может быть связано со многими трудностями, такими как ограниченная точность систем измерения, сложность конструкции датчиков, вносящих искажения в поток. В некоторых зонах внутри канала параметры потока вообще сложно измерить. Также бывает сложно провести эксперимент во всем диапазоне изменения параметров, который интересует исследователя. В этой связи актуальным является переход к численному эксперименту путем создания математической модели течения. Численный эксперимент может служить самостоятельным мощным средством для решения целого ряда исследовательских задач. Во многих прикладных областях вычислительная газодинамика уже стала основой экспериментальных исследований (например, до- и сверхзвуковые течения в решетках и других элементах турбомашин, течения около элементов летательных аппаратов). Поскольку форма профиля, полученная в результате решения обратной задачи может не удовлетворять требованием прочности, технологичности и т.д., то для поиска оптимальной формы профиля (в том числе и при пространственном проектировании) рациональным является последовательное решение прямых и обратных задач до получения приемлемого результата. Численное моделирование имеет очевидное преимущество над экспериментом, так как может быть быстро исследован широкий диапазон чисел Маха. Современный высокий уровень развития ресурсов (быстродействие, размер оперативной памяти) и совершенствование архитектуры ЭВМ позволяют реализовывать достаточно сложные расчетные схемы, которые обеспечивают высокую точность вычислений. Таким образом, путем создания соответствующей математической модели можно осуществлять теоретическое исследование различных течений.

Однако возникает вопрос выбора численного метода и программы, средствами которой этот метод реализован, для решения конкретных задач и получения требуемого результата. Предлагаемые на рынке пакеты по расчету газодинамических течений, которые себя хорошо зарекомендовали (например, продукты компаний Fluent inc, Algor ine, CAD-FEM (программные пакеты ANSYS, Star-CD) и целый ряд других), имеют слишком высокую стоимость. Кроме того, они предъявляют достаточно высокие требования к ЭВМ, что, в свою очередь, увеличивает затраты при их использовании.

С другой стороны, разработка универсального программного обеспечения для численного эксперимента, которое можно использовать для различных прикладных задач, представляет собой достаточно сложную и трудоемкую задачу, и на создание качественного программного продукта требуется значительное время.

Кроме того, в большинстве случаев отсутствует объективная оценка точности проведенных расчетов. Качественное же совпадение расчетных методов с опытными данными по некоторым объектам всегда будет иметь место, если разностная схема расчета является консервативной, т.е. выполняются разностные аналоги основных законов сохранения. Положение усугубляется тем обстоятельством, что большинство практических задач гидрогазодинамики нелинейно, и совпадение с опытами в одних случаях не гарантирует такого совпадения для другой задачи.

Сейчас в ряде случаев на ЭВМ решаются задачи, которые не имеют замкнутой системы уравнений, и замыкание их производится по совершенно случайным зависимостям. Например, для замыкания системы уравнений Рейнольдса используется полуэмпирическая двухпараметрическая к-£ модель турбулентности, которая в некотором диапазоне может привести к разбросу получаемых значений.

Для некоторых задач, которые решались ранее простыми методами, нужно обосновывать усложнение расчетной схемы и анализировать устойчивость существующих решений к тем допущениям, которые обычно используются для замыкания системы уравнений. Важным является вопрос и об устойчивости решения к граничным условиям, поскольку в силу внутренних свойств расчетной схемы для различных граничных условий возможно получение идентичного результата. Критерием эффективности перехода к более сложным схемам может являться увеличение точности полученного решения по отношению к общим затратам (материальные и машинное время).

Несмотря на использование современных методов исследования и проектирования, включая ЗБ-расчет, в работах по снижению потерь в решетках турбомашин, можно утверждать, что для профильных потерь результаты, не противоречащие законам сохранения, практически близки к минимально достижимому уровню. Этот вывод базируется на том основании, что лучшие профили 90-х гг. по своим характеристикам не превосходят решетки, экспериментально разработанные в СССР еще в 60-е гг.

При использовании этих методов для исследования и оптимизации элементов проточных частей турбомашин возникает вопрос о целесообразности усложнения расчетных схем, поскольку полученный результат будет близок к уже достигнутому предельному значению коэффициента потерь, и затраты на получение этого результата могут быть неоправданными.

Что же касается концевых потерь, то по некоторым оценкам еще существуют заметные резервы их дальнейшего уменьшения. Однако при этом сложные вторичные течения в решетках профилей можно смоделировать, лишь получив решение для трехмерных уравнений Навье-Стокса (осред-ненных по Рейнольдсу) [1], что связано с определенными сложностями. Также нужно помнить, что строгие теоремы о задании начальных и граничных условий, которые обеспечивали бы существование и единственность решения, отсутствуют. Поэтому представляется нецелесообразным полностью отказываться от экспериментальных продувок решеток, которые можно сочетать с применением хорошо зарекомендовавших себя достаточно простых расчетных схем для получения качественного результата на начальном этапе исследования.

В настоящей работе ставится задача расчетно-экспериментального исследования решеток профилей с целью поиска новых подходов к снижению потерь, в том числе связанных со вторичными течениями, включая и те старые предложения, которые в силу ряда причин не нашли ранее практического применения.

Заключение диссертации по теме «Турбомашины и комбинированные турбоустановки», Фишер, Евгений Робертович

ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. На решетке симметричных каплевидных профилей экспериментально проверена концепция аэродинамической входной кромки, которая образуется в области выреза на входной кромке профиля в виде упругой "подушки". Эта идея нашла свое подтверждение в снижении профильных потерь в широком диапазоне безразмерных скоростей

2. Исследование влияния формы входных кромок на структуру течения вверх по потоку выявило, что для решеток с вырезом по всей высоте лопатки поле относительных статических давлений на расстоянии 0,5Ь от входных кромок более равномерное. При этом абсолютное статическое давление перед входной кромкой для решетки с вырезом меньше, что свидетельствует об увеличении локальных скоростей.

3. Исследование сопловой решетки с пилообразной входной кромкой не обнаружило существенного выигрыша по потерям. Однако такая решетка оказалась более устойчивой на нерасчетных углах входа потока, что дало основание для продолжения исследования сопловых решеток типа С-9012А, но уже с вырезами по всей высоте решетки. Полученные экспериментальные данные показывают, что для малых относительных высот решетки выигрыша по полным потерям нет, однако с уменьшением Ь/1, когда уменьшается доля концевых потерь, и при увеличении Хи полные потери для решетки с вырезом уменьшаются. Решетки с вырезами более хорошо реагируют на отклонение угла входа потока от оптимального - кривая для профильных потерь имеет более пологий характер.

4. Наиболее простым с технологической точки зрения является выполнение прямоугольного выреза. Исследовались также вырезы других форм, в частности, У-образный. Данные эксперимента близки к картине, полученной ранее. На основании визуализации течения и эксперимента со сбросом потока через торцевые стенки предложена физическая модель сбросом потока через торцевые стенки предложена физическая модель течения в области входной кромки с вырезом. В области выреза нет полностью застойной зоны, а происходит растекание в направлении торцевых стенок, что приводит к некоторому увеличению концевых потерь. Профильные потери снижаются за счет того, что при наличии выреза на входной кромке принципиальным образом меняются условия формирования начального участка пограничного слоя.

5. Несмотря на значительный прогресс в численном решении уравнений Навье-Стокса, нельзя полностью отказываться от проведения экспериментальных исследований. Также может быть не оправдано применение сложных трехмерных схем с точки зрения соотнесения затрат и полученного результата. С помощью программы, в основу которой положена разностная схема С. Патанкара (метод контрольного объема), проведены вариационные расчеты для обтекания входных кромок профиля с вырезами разных типоразмеров и форм. Картина течения в решетке, а также моделирование угла натекания потока в широком диапазоне хорошо согласуются с экспериментально полученными данными.

6. В заключение рассмотрена принципиальная возможность создания диффузорных турбинных решеток с отрицательной реактивностью для высоконагруженных ступеней. Путем использования продольно обтекаемых канавок на спинке профиля удалось создать решетку с приемлемым уровнем потерь.

7. С помощью пакета символьных вычислений МаШсаё проведен расчет течения в открытой прямоугольной канавке. Распределение безразмерных скоростей в канавке соответствует профилю скорости, полученному при исследовании продольно обтекаемых канавок на стенках диффузорных каналов.

8. Полученные результаты докладывались на международных конференциях и опубликованы в сборниках докладов:

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Фишер, Евгений Робертович, 2001 год

1. Зарянкин A.E., Симонов Б.П. Новые регулирующие клапана, их характеристики и опыт эксплуатации // Теплоэнергетика 1996 - №1 -С. 18-22.

2. Zariankin A., Gardzilewicz A. Loss reduction possibilities for turbine stages with short blades // Turbomachinery Fluid Dynamics and Thermodynamics: 2nd European Conference - 1997 - p. 225.

3. Дейч M.E. Техническая газодинамика M.: Энергия, 1974 - 592 с.

4. Дейч М.Е, Трояновский Б.М. Исследования и расчеты ступеней осевых турбин М.: Машиностроение, 1964 - 628 с.

5. Зарянкин А.Е. Исследование пограничного слоя в турбинных решетках при больших скоростях: Автореф. дисс. канд. техн. наук. М.: МЭИ, 1956 - 20 с.

6. Зарянкин А.Е. О кромочных потерях в турбинных решетках // Теплоэнергетика 1986 - №1.

7. Жегалин А.С. Исследование течений в турбинных решетках с утолщенными выходными кромками: Автореф. дисс. канд. техн. наук. -М.: МЭИ, 1981 -20 с.

8. Дейч М.Е., Филиппов Г.А., Лазарев Л.Я. Атлас профилей решеток осевых турбин М.: Машиностроение, 1965.

9. Ю.Степанов Г.Ю. Гидродинамика решеток турбомашин М.: Физматгиз, 1962-512 с.

10. П.Грановский А.В., Карелин А.М., Руденко С.В. Газодинамическая оптимизация трансзвуковых турбинных решеток // Теплоэнергетика -1993 -№4-С. 39-43.

11. Венедиктов В.Д., Руденко C.B. Новая высокоэффективная модель профильных потерь в трансзвуковых решетках // Теплоэнергетика -1998 №2.

12. Лэнгстон JI.C. Поперечные течения в канале турбинной решетки // Энергетические машины и установки 1980 - №4 - С. 111-121.

13. Дейч М.Е. Газодинамика решеток турбомашин М.: Энергоатомиздат, 1996 - 528 с.

14. Журавлев В.А., Копелев С.З., Лихерзак Е.Е. Характеристики турбинной решетки при вдуве по торцу // Энергетика и транспорт 1986 - №4 - С. 130-137.

15. Богомолов E.H., Лебедев В.В. Визуальные исследования пространственного пристеночного течения на входе в турбинную решетку // Энергетика 1988 - №4 - С. 68-72.

16. Сивердинг К.Х. Современные достижения в исследовании основных особенностей вторичных течений в каналах турбинных решеток // Энергетические машины и установки 1985 - №2 - С. 1-12.

17. Шкурихин И.Б. Исследование вторичных потерь в плоской турбинной решетке // Известия ВУЗ: Машиностроение 1969 - №6.

18. Барно К., Лебеф C.B., Папайлу Л. Исследование вторичных течений в решетках профилей турбоустановок // Энергетические машины и установки:ASME 1982 - №2.

19. Koiro M., Lakshminarayana В. Simulation and validation of Mach number effects on secondary flow in a transonic turbine using a multigrid, k-s solver // J. of Turbomachinery 1996 - vol. 122 - p. 1-15.

20. Топунов A.M., Тихомиров Б.А. Управление потоком в тепловых турбинах Л.: Машиностроение, 1979 - 151 с.

21. Филиппов Г. А., Ван Чжун-ци Влияние закрутки потока на характеристики сопловых решеток // Теплоэнергетика -1964 №5.

22. Дейч М.Е., Зарянкин А.Е., Филиппов ГА., Зацепин М.Ф. Метод повышения КПД ступеней турбин с малыми высотами лопаток // Теплоэнергетика 1960 - №2.

23. Tanuma Т., Nagao S., Sakamoto Т., Kawasaki S., Matsuda M., Imai К. Aerodynamic Development of Advanced Steam Turbine Blades // Joint Power Generation: Conference ASME Proc. 1995 - vol. 28.

24. Дейч M.E., Лазарев Л.Я., Локтев А.Л. О меридиональном профилировании сверхзвуковых сопловых решеток // Теплоэнергетика -1972-№3-С. 61-64.

25. Дейч М.Е., Зарянкин А.Е., Филиппов ГА., Зацепин М.Ф. Повышение эффективности турбинных активных решеток малой высоты // Теплоэнергетика 1960 - №8 - С. 51-56.

26. Дейч М.Е., Дейлер Ш., Коршунов Б.А. Экспериментальное исследование сопловой решетки с уменьшенными концевыми потерями // Теплоэнергетика 1994 - №10 - С. 39-42.

27. Бекнев B.C., Тумашев Р.З., Шкурихин И.Ю. Уменьшение концевых потерь в конфузорных решетках // Известия ВУЗ: Машиностроение -1972-№8.

28. Топунов А.М., Тихомиров Б.А., Черныш А.А., Черноусенко А.Г., Лебедев Ю.И. Управление вторичными течениями в лопаточных венцах осевых турбин // Теплоэнергетика -1991 №5 - С. 60-63.

29. Дейч М.Е., Зарянкин А.Е. Приближенный метод расчета концевых потерь // Теплоэнергетика 1958 - №9.

30. Гречаниченко Ю.В., Нестеренко В.А. Исследование пограничного слоя на торцовой поверхности в канале, образованном профилями сопловых лопаток // Теплоэнергетика 1978 - №12 -С. 37-41.

31. Гречаниченко Ю.В., Нестеренко В.А. Исследования концевых потерь при расчетных углах натекания // Теплоэнергетика 1980 - №11 - С. 4447.

32. Гречаниченко Ю.В., Звоницкий М.С. Расчет концевых потерь в кольцевых решетках с малым удлинением // Теплоэнергетика 1974 -№7 - С.60-63.

33. Гречаниченко Ю.В., Нестеренко В.А. Вторичные течения в решетках турбомашин Харьков: Вища школа, 1983 - 119 с.

34. Головачев Ю.П. Численное моделирование течений вязкого газа в ударном слое М.: Наука, 1996 - 374с.

35. Roberts K.V. An Introduction to the OLYMPUS System // Comput. Phys. Commun. -1974 Vol.7 - p.237-243.

36. Spalding D.B. A general purpose computer program for multidimensional one- and two-phase flow // Mathematics and Computer in Simulation North Holland Press, 1981 - Vol XXIII - p.267-276.

37. Lueptow M.R. Software for computational fluid flow and heat transfer analysis // Computers in Mechanical Engineering 1988 - Vol.10 - p. 10-17.

38. Горбунов-Посадов М.М., Карпов В.Я., Корягин Д.А. и др. Пакет Сафра: программное обеспечение вычислительного эксперимента // Пакеты прикладных программ: Вычислительный эксперимент М.: Наука, 1983 - С.12-50.

39. Волконская Т.Г., Пасконов В.М., Росляков Г.С., Шустова М.В. Пакет прикладных программ по аэрогидродинамике ГАММА М.: Изд. Московского университета, 1985 - 178 с.

40. Farrell С., Adamczyk J. Full potential solution of transonic quasi-three-dimensional flow through a cascade using artificial compressibility // ASME Journal of Engineering for Power 1982 - №1 - p. 143-153.

41. Шенг Дж.С. Обзор численных методов решения уравнений Навье-Стокса для течений сжимаемого газа // Аэрокосмическая техника: Тематический выпуск Численные методы аэродинамики 1986 - №2 -т.4 - С. 66-89.

42. М.Я. Иванов, Крупа В.Г., Нигматулин Р.З. Неявная схема С.К. Годунова повышенной точности для интегрирования уравнений Навье-Стокса Журнал вычислительной математики и математической физики 1989 -№6 - том 29 - С.1725-1735.

43. М.Я. Иванов, Крупа В.Г., Нигматулин Р.З. Неявная схема С.К. Годунова повышенной точности для интегрирования уравнений Навье-Стокса: Научно-технический отчет ЦИАМ 1987.

44. Годунов С.К., Рябенький B.C. Разностные схемы М.: Наука - 1977 -620 с.

45. Павлов Б.М. О расчете сверхзвукового обтекания затупленных тел с использованием полных уравнений Навье Стокса // Изв. АН СССР: МЖГ - 1968 - № 3 - С. 128-133.

46. Молодцов В.К. Численный расчет сверхзвукового обтекания сферы потоком вязкого совершенного газа // Ж. вычисл. Мат. и мат. физ. -1969-№ 5-Т. 9-С. 1211-1217.

47. Scala S.M., Gordon P. Solution of the time-dependent Navier-Stokes equations for the flow around a circular cylinder // AIAA J. 1968 - №5 - v. 6-p. 815-822.

48. Самарский A.A., Попов Ю.П. Разностные методы решения задач газовой динамики М.: Наука, 1980 - 352 с.

49. Beam R., Warning R.F. An implicit factored scheme for compressible Navier-Stokes equations // AIAA J. 1978 №4 - v. 16 - p. 393-402.

50. Briley W.R., McDonald H. Solution of the multidimentional compressible Navier-Stokes equations by a generalized implicit method // J. Comput. Phys. 1977 №4-v. 24-p. 372-397.

51. Ковеня B.M., Яненко H.H. Метод расщепления в задачах газовой динамики Новосибирск: Наука, 1981.

52. Ковеня В.М., Тарнавский Г.А., Черный С.Г. Применение метода расщепления в задачах аэродинамики Новосибирск: Наука, 1990.

53. Белоцерковский О.М., Быркин А.П., Мазуров А.П., Толстых А.И. Разностный метод повышенной точности для расчета течений вязкого газа // Ж. вычисл. мат. и мат. физ. 1982 - № 6 - т. 22 - С. 1480-1490.

54. Лапин Ю.В., Стрелец М.Х. Внутренние течения газовых смесей М.: Наука, 1989.

55. Любимов А.Н., Русанов В.В. Течения газа около тупых тел М.: Наука, 1970.

56. Shang J.S. Implicit-explicit method for solving the Navier-Stokes equations // AIAA J. 1978 - №5 - v. 16 - p. 496-502.

57. Мак Кормак P.B. Численный метод решения уравнений вязких сжимаемых течений // Аэрокосмическая техника 1983 - №4 - т. 1 - С. 114-123.

58. Толстых А.И. Компактные разностные схемы и их применение в задачах аэрогидродинамики М. : Наука, 1990.

59. Harten A. A high resolution scheme for computation of weak solutions of hyperbolic conservation laws // J. Comput. Phys. 1983 - №3 - v. 49 - p. 585-593.

60. Chakravarthy S.R., Osher S. A new class of high accuracy TVD schemes for hyperbolic conservation laws, // AIAA: Paper № 85-0363 1985 - 11 p.

61. Ivanov M.Ja., Krupa V.G., Nigmatullin R.Z. On the CFD monotone high accuracy methods", Mathematical Models of Gas Turbine Engines and their components // AGARD lecture series TCP 02/LS198 1994.

62. Krupa V.G., Ivanov M.Ja. Solution of Navier-Stokes equations using high accuracy monotone schemes: Mathematical Models of Gas Turbine Engines and their components // AGARD lecture series TCP 02/LS198 1994.

63. Под ред. C.K. Годунова Численное решение многомерных задач газовой динамики М.: Наука, 1976 - 400 с.

64. Hussaini M.Y., Zang Т.А. Spectral methods in fluid dynamics // Ann. Rev. Fluid Mech. 1987 - v. 19 - p. 339-367.

65. Чайма P.B., Джонсон Г.М. Эффективный распараллеленный многосеточный алгоритм решения уравнений Эйлера и Навье-Стокса // Аэрокосмическая техника 1986 - №2 - т. 4 - С. 93-105.

66. Thomas J.L., Walters R.W. Upwind relaxation algorithms for the Navier-Stokes equations // AIAA J. 1985 - №1 - v. 23 - p. 117-128.

67. Newsome R.W., Walters R.W., Thomas J.L. An efficient iteration strategy for upwind relaxation solutions to the thin layer Navier-Stokes equations // AIAA Pap. 1987 -№. 1113-CP.

68. Gerolymos G.A., Hanisch C. Multi-stage three-dimensional Navier-Stokes computation of off-design of a four-stage turbine // IMechE Conference Transactions 1999 - p. 55-78.

69. Michelassi V., Belardini E. Numerical simulation of three-dimentional inlet guide vanes // IMechE Conference Transactions 1999 - p. 21-32.

70. Chen W.-L., Leschziner M.A. Modelling turbomachine-blade flows with non-linear eddy-viscosity models and second-moment closure // IMechE Conference Transactions -1999 p. 189-200.

71. He L. Three-dimentional unsteady Navier-Stokes analysis of stator-rotor interaction in axial-flow turbines // IMechE Conference Transactions 1999 -p. 289-306.

72. Schmid O., BuBmarm A., von Lavante E., Moczala M. Numerical simulation of flows in components of turbomachines using various implicit methods // IMechE Conference Transactions 1999 - p. 645-654.

73. Adami P. Computations for internal flows with a low Mach preconditioned Newton-Krylov scheme // IMechE Conference Transactions 1999 - p. 655670.

74. Willinger R., Haselbacher H. Experimental and numerical investigation of the flow field in a linear turbine cascade including tip clearance effects // Modelling and design in fluid-flow machinery 1997 - p. 193-204.

75. Merz R., Mayer J.F., Stetter H. Three-stage steam turbine flow analysis using a three-dimensional Navier-Stokes multigrid approach // Turbomachinery— fluid dynamics and thermodynamics 1997.

76. Bassi F., Rebay S., Mariotty G., Pedinotty S., Savini M. A high order accurate discontinuous finite element method for invisid and viscous turbomachinery flows // Turbomachinery—fluid dynamics and thermodynamics 1997.

77. Baralon S., Hall U., Eriksson L.-E. Viscous modelling for transonic throughflow calculations // Turbomachinery—fluid dynamics and thermodynamics 1997.

78. Трояновский Б.M. Пути повышения экономичности паровых турбин: 4.1 // Теплоэнергетика 1993 - №5 - С. 39-46.

79. Simon V., Oeynhausen H. 3DV™ three-dimensional blades a new generation of steam turbine blading // Siemens-Zeitschrift - 8 p.

80. Léonard О., Rogiest P., Delanaye M. Blade analysis and design using an implicit flow solver // Turbomachinery—fluid dynamics and thermodynamics 1997.

81. Fluent/UNS: User's guide Fluent Inc., 1997.

82. Perdichizzi A. Mach number effects on secondary flow development downstream of a turbine cascade // ASME J. of Turbomachinery 1990 -vol. 112-p. 643-651.

83. Slitenko A. Experimental investigation of three-dimensional flow characteristics in turbine blade cascade // Proc. Problemy badawcze energetyki cieplnej 1999 - p. 242-249.

84. Кириллов А.И., Рис B.B., Смирнов E.M., Ходак А.Е. Расчет трехмерных турбулентных течений в турбомашинах на основе параболизированных уравнений Навье-Стокса // Теплоэнергетика 1993 - №3 - С. 31-34.

85. Sauer H., Wolf H. Influencing the secondary flow by the modification of the blade leading edge // Turbomachinery Fluid Dynamics and Thermodynamics: 2nd European Conference - 1997 - p. 173.

86. Фролов В.В. Совершенствование проточной части цилиндра сверхвысокого давления турбин высоких параметров пара // Теплоэнергетика 1996 - №1,.

87. Jesionek К. J. Prognozowanie oderwania strumienia i mozliwosci jego ograniczania w przeplywowych maszynach energetycznych Wroclaw, 1998.

88. Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя M.: Наука, 1969.

89. Современное состояние гидроарэродинамики вязкой жидкости / под. ред. С. Гольдштейна М.: Гос. изд. иностр. лит., 1948.

90. Georgiou D.P., Papavassilipoulos V.A. Horseshoe vortex control by suction through a slot in the wall cylinder junction // IMechE Conference Transactions 1999 - p. 429-440.

91. Парамонов A.H. Разработка и исследование систем нерегулируемых отборов ТЭС и АЭС: Автореф. дисс. канд. техн. наук М., МЭИ, 1990.

92. Общее описание системы ANES/PC, ANES/92/UD/01: Документация к программному обеспечению 1992.

93. Jang D.S., Jetli R., Acharya S. Comparison of the PISO, SIMPLEC and SIMPLER algorithms for the treatment of the pressure-velocity coupling in steady flow problems // Numerical Heat Transfer 1986 - vol. 10 - №3.

94. Patankar S.V. Numerical heat transfer and fluid flow Washington, D.C.: Hemisphere, 1980.

95. Дейч M.E., Самойлович Г.С. Аэродинамика турбомашин М.: Машгиз, 1959.

96. Бойко A.B., Гаркуша A.B. Аэродинамика проточной части паровых и газовых турбин: расчеты, исследования, оптимизация, проектирование -Харьков: ХГПУ, 2000.

97. Ю5.Фаузи Шабан Аттия Абу-Талеб Исследование и совершенствование широкоугольных диффузоров с целью повышения эффективности1. СПИСОК ИЛЛЮСТРАЦИЙ

98. Рис. 1.1. Зависимость профильных потерь от числа Маха.18

99. Рис. 1.2. Зависимость полных потерь от относительной скорости А,и.18

100. Рис. 1.3. Распределение степени турбулентности по шагу решетки.19

101. Рис. 1.4. Схема образования вихрей у входной кромки.24

102. Рис. 1.5. Трехмерный отрыв пограничного слоя с образованием вихревых шнуров.24

103. Рис. 1.6. Структура скачка уплотнения на выходной кромке.30

104. Рис. 1.7. Влияние угла тангенциального наклона на уровень потерь в кольцевой решетке.30

105. Рис. 1.8. Распределение потерь по высоте в решетках различного типа (<1/1=3, М=0,55).32

106. Рис. 1.9. Сложные пространственные профили фирмы " Акйют".32

107. Рис. 1.10. Диффузорно-конфузорный канал.35

108. Рис. 1.11. Распределение потерь по шагу диффузорно-конфузорной решетки в среднем сечении (Ь/1=0,8)35

109. Рис. 1.12. Зависимость суммарных потерь от угла входа в решетку.37

110. Рис. 1.13. Изолинии для коэффициента потерь при М215=1.4 (расчет вверху, эксперимент - внизу).65

111. Рис. 1.14. Векторы полной скорости на расстоянии 0.15 мм от торцевой стенки (М215=1.02).65

112. Рис. 1.15. Застойная линия на спинке профиля.65

113. Рис. 2.1. Схема установки ВАТ-1.70

114. Рис. 2.2. Внешний вид рабочей части экспериментальной установки ВАТ-1.72

115. Рис. 2.3. Схема рабочей части большой аэродинамической трубы.72

116. Рис. 2.4. Процесс течения в сопловой решетке (Ь-в-диаграмма).74

117. Рис. 3.1. Распределение относительных давлений по шагу решетки перед входной кромкой (2 мм).80

118. Рис. 3.2. Распределение относительных давлений по шагу решетки перед входной кромкой (12 мм).80

119. Рис. 3.3. Распределение относительных давлений по шагу решетки перед входной кромкой (25 мм).81

120. Рис. 3.4. Решетки с канавками треугольной (а) и прямоугольной (б) формы на входной кромке.81

121. Рис. 3.5. Зависимость потерь по высоте решетки.82

122. Рис. 3.6. Зависимость профильных потерь от угла входа в решетку.82

123. Рис. 3.7. Решетка симметричных каплевидных профилей.84

124. Рис. 3.8. Геометрические характеристики решетки С-9012А.84

125. Рис. 3.9. Распределение потерь по высоте решетки (^и=0,4).87

126. Рис. 3.10. Распределение потерь по высоте решетки (Хц=0,55).87

127. Рис. 3.11. Зависимость профильных потерь от относительной скорости при 1/Ь=0,4.88

128. Рис. 3.12. Распределение профильных потерь по шагу решетки при 1/Ь=0,4.88

129. Рис. 3.13. Распределение потерь по высоте решетки (Хи=0,4).90

130. Рис. 3.14. Распределение потерь по высоте решетки (А,п=0,55).90

131. Рис. 3.15. Зависимость профильных потерь от относительной скорости (1/Ь=0,7).91

132. Рис. 3.16. Распределение профильных потерь по шагу решетки при 1/Ь=0,7.91

133. Рис. 3.17. Зависимость профильных потерь от относительной скорости А,и (1/Ь=1,1).93

134. Рис. 3.18. Зависимость суммарных потерь от относительной скорости Хц (1/Ь=1,1).93

135. Рис. 3.19. Формы и размеры исследованных входных кромок.95

136. Рис. 3.20. Решетка с продольно обтекаемыми канавками и вырезами на входной кромке.96

137. Рис. 3.21. Зависимость профильных потерь от угла входа в решетку С-9012А (А,п=0,63).96

138. Рис. 3.22. Распределение потерь по высоте решетки (Я,п=0,4) нижняя кривая для решетки со сбросом потока.99

139. Рис. 3.23. Распределение потерь по высоте решетки (А,ц=0,55) нижняя кривая для решетки со сбросом потока.99

140. Рис. 3.24. Зависимость суммарных потерь от Ь/1 (А;.: 0.4).101

141. Рис. 3.25. Зависимость суммарных потерь от Ь/1 (А.,••0.55).101

142. Рис. 3.26. Схема образования пограничного слоя на обводах профиля для решетки с вырезом.103

143. Рис. 3.27. Изменение толщины потери импульса вдоль спинки профиля.105

144. Рис. 3.28. Сопловые лопатки с выпуклым носиком у торцевой стенки.105

145. Рис. 3.29. Линии тока около тонкой и толстой входных кромок.106162

146. Рис. 3.30. Зависимость степени реактивности у корня и вершины для обычной ступени турбины К-500166 от и/со.ПО

147. Рис. 3.31. Зависимость степени реактивности у корня и вершины для ступени с вырезом на входнойкромке сопловой решетки от и/с0.110

148. Рис. 3.32. Зависимость потерь по высоте послеотборной решетки.111

149. Рис. 4.1. Сетка основных узлов (центров контрольных объемов).114

150. Рис. 4.2. Сетка граней контрольных объемов.114

151. Рис. 4.3. Вид расчетной области.119

152. Рис. 4.4. Изотахи для каплевидного профиля с гладкой головкой.121

153. Рис. 4.5. Изотахи при обтекании входной кромки каплевидного профиля с прямоугольным вырезом. 121

154. Рис. 4.6. Изотахи при обтекании входной кромки каплевидного профиля с V-образным вырезом.122

155. Рис. 4.7 Изобары для каплевидного профиля с гладкой головкой.122

156. Рис. 4.8. Изобары при обтекании входной кромки каплевидного профиля с прямоугольным вырезом . 123

157. Рис. 4.9. Изобары при обтекании входной кромки каплевидного профиля с V-образным вырезом.123

158. Рис. 4.10. Изобары для входной кромки профиля С-9012А с узким прямоугольным вырезом.126

159. Рис. 4.11. Изобары для входной кромки профиля С-9012А с широким прямоугольным вырезом.126

160. Рис. 4.12. Изобары при течении в обычной решетке С-9012А.127

161. Рис. 4.13. Изобары при течении в решетке С-9012А с центральным профилем, имеющем вырез.127

162. Рис. 4.14. Зависимость относительного давления перед входной кромкой от угла входа потока в решетку129

163. Рис. 5.1. Зависимость относительного лопаточного КПД ступени от степени реактивности.131

164. Рис. 5.2. Диффузорная решетка со степенью расширения п=1.2.133

165. Рис. 5.3. Результаты экспериментального исследования диффузорных решеток.133

166. Рис. 5.4. Диффузорная решетка со степенью расширения п=1.7.135

167. Рис. 5.5. Диффузорная решетка с продольно обтекаемыми канавками на спинке.135

168. Рис. 5.6. Профили диффузорной решетки с продольными канавками на спинке.136

169. Рис. 5.7. Зависимость потерь от угла раскрытия плоского диффузора.136

170. Рис. 5.8. Зависимость потерь в диффузорной решетке от числа M.t.137

171. Рис. 5.9. Схема открытой прямоугольной канавки.139* л

172. Рис. 5.10. Распределение безразмерных скоростей в канавке при Z = U.144

173. Рис. 5.11. Распределение безразмерных скоростей в канавке при Г >0.146