Розробка, верифікація та аналіз тривимірної CFD-моделі теплового стану охолоджуваної лопатки ГТД в спряженій постановці

Таким чином, за допомогою CFD-моделі циліндричного каналу й обчислювального експерименту було уточнено критеріальну залежність, яка дозволяє розраховувати коефіцієнт теплообміну в новому режимному й геометричному діапазоні параметрів з більшою точністю, ніж екстраполяція найближчої існуючої залежності².

Далі в роботі викладено методику верифікації CFD-моделі, ідентифікації її параметрів, а також отримання критеріальних залежностей для розрахунку коефіцієнтів теплообміну за допомогою CFD-моделей у спряженій постановці й обчислювального експерименту.

1. Розробляється CFD-модель у спряженій постановці для робочої ділянки, найближчої до досліджуваної, для якої в літературі представлено критеріальні залежності по теплообміну або інші експериментальні дані.

2. Проводиться верифікація і, якщо необхідно, ідентифікація параметрів розробленої CFD-моделі в діапазоні експериментальних даних.

3. Проводиться ряд обчислювальних експериментів у розширеному діапазоні геометричних і режимних параметрів робочої ділянки за умови, що режим течії залишається незмінним.

4. За результатами обчислювального експерименту можна отримати нову критеріальну залежність, яка потенційно може використовуватися для практичних інженерних розрахунків.

У результаті отримуємо нову критеріальну залежність для розрахунку теплообміну, що працює в розширеному діапазоні режимних і геометричних параметрів досліджуваної робочої ділянки, достовірність якої необхідно за будь-якої можливості підтвердити експериментально.

ВИСНОВКИ

1. Проведений огляд сучасних моделей і методів розрахунку теплового стану лопаток ГТД показав, що найбільш перспективним і точним є використання CFD-моделей теплового стану лопаток ГТД у спряженій постановці. Указано на принципову можливість отримання критеріальних залежностей для розрахунку теплообміну за допомогою CFD-моделей теплового стану у спряженій постановці й обчислювального експерименту.

2. Уперше розроблено тривимірну CFD-модель теплового стану робочої охолоджуваної лопатки ГТД АИ-450 при трансзвуковій течії газу в міжлопатковому каналі й течії повітря в ребристому каналі охолодження лопатки у двосторонній спряженій постановці, яка дозволила отримати детальні поля температур, тисків, швидкостей в області розв'язання, а також поля коефіцієнтів теплообміну на теплообмінних поверхнях лопатки.

3. Розроблено методику верифікації CFD-моделей теплового стану досліджуваних об'єктів у спряженій постановці, що не вимагає обов'язкових експериментальних температурних вимірювань в окремих точках досліджуваного об'єкту, а дозволяє використовувати представлені в літературі критеріальні залежності для розрахунку коефіцієнта теплообміну на поверхнях теплообміну. Розроблена методика носить загальний характер і може застосовуватися до будь-яких CFD-моделей у спряженій постановці.

4. Проведено верифікацію моделі теплового стану охолоджуваної лопатки ГТД по теплообміну в міжлопатковому каналі й гідравлічному опору системи охолодження лопатки, яка показала, що відмінність емпірично отриманих величин коефіцієнтів теплообміну від отриманих за допомогою CFD-моделі не перевищує 17%, а величина гідравлічного опору системи охолодження, розрахована за традиційною методикою, на 3,1% відрізняється від отриманої в CFD-моделі. Значення витрат у каналі охолодження та міжлопатковому каналі порівнювалися з експериментально отриманими в ЗМКБ "Прогрес". Відмінність не перевищувала 1,5%.

5. Проведений якісний аналіз гідродинаміки в каналі охолодження та міжлопатковому каналі лопатки ГТД, отриманий за допомогою розробленої CFD-моделі, показав існування всіх основних вихрових структур і закономірностей при течії газів у моделі охолоджуваної лопатки ГТД і CFD-моделі циліндричного каналу з інтенсифікаторами теплообміну, що також підтверджує адекватність розроблених моделей.

6. Розроблено нову методику отримання нових критеріальних залежностей за допомогою обчислювального експерименту й уточнено залежність Nu_f=0,068Re_f^0,8, для визначення коефіцієнта теплообміну в циліндричному каналі з інтенсифікаторами теплообміну в новому режимному діапазоні (Re = 450017000) з геометричними параметрами (d/D = 0,82; t/D = 0,71). Отриману критеріальну залежність випробувано в каналі охолодження лопатки ГТД, відмінність коефіцієнта теплообміну, отриманого за допомогою критеріальної залежності, від отриманого в каналі охолодження моделі теплового стану лопатки ГТД, склала 11,6%.

ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ ДИСЕРТАЦІЇ ВИКЛАДЕНО У ТАКИХ ПУБЛІКАЦІЯХ

1. Круковский П.Г, Юрченко Д.Д., Полубинский А.С. Тепловая и газодинамическая модель охлаждаемой лопатки ГТД в трехмерной сопряженной постановке.// Промышленная теплотехника. Т. 26. 2004. № 6. С. 125 127.

Автором запропоновано фізичну й математичну моделі охолоджуваної лопатки ГТД у спряженій постановці, а також проведено їх реалізацію в програмі STAR-CD.

2. Круковский П.Г, Юрченко Д.Д., Полубинский А.С., Яцевский В.А., Чепаскина С.М. Верификация трехмерной CFD-модели теплового состояния охлаждаемой лопатки ГТД в сопряжённой постановке.// Промышленная теплотехника. Т. 27. 2005. №1. С. 17 25.

Автором було запропоновано методику верифікації CFD-моделей у спряженій постановці на основі наведених у літературі даних із теплообміну, за відсутності прямих експериментальних вимірювань.

3. Юрченко Д.Д., Круковский П.Г., Чепаскина С.М. Трехмерный CFD - анализ гидродинамики и теплообмена в канале охлаждения рабочей лопатки ГТД в сопряженной постановке (Часть 1. Гидродинамика).// Промышленная теплотехника. Т. 27. 2005. №5. C. 17 27.

Автором було проведено аналіз гідродинаміки в каналі охолодження досліджуваної лопатки ГТД за допомогою розробленої CFD-моделі охолоджуваної лопатки ГТД, а також проведено верифікацію гідравлічного опору каналу охолодження за допомогою традиційної методики розрахунку гідравлічного опору каналів.

4. Круковский П.Г., Юрченко Д.Д., Яцевский В.А. Трехмерный CFD - анализ гидродинамики и теплообмена в канале охлаждения рабочей лопатки ГТД в сопряженной постановке (Часть 2. Теплообмен).// Промышленная теплотехника. Т. 27. 2005. №6. С. 16 26.

Автор зробив аналіз теплообміну в каналі охолодження досліджуваної лопатки ГТД за допомогою розробленої CFD-моделі охолоджуваної лопатки ГТД і наведених у науковій літературі даних.

5. Круковский П.Г., Юрченко Д.Д., Полубинский А.С., Яцевский В.А., Тепловое состояние охлаждаемой лопатки ГТД в сопряженной постановке (3-D CFD-модель и ее верификация).// Вестник двигателестроения. 2005. №2. С. 106 111.

Автором було проведено верифікацію розробленої CFD-моделі охолоджуваної лопатки ГТД у спряженій постановці по величині коефіцієнта теплообміну в середній лінії лопатки за допомогою даних, наведених у науковій літературі.

6. Круковский П.Г., Юрченко Д. Д., Полубинский А. С., Яцевский В. А Трехмерная CFD - модель теплового состояния охлаждаемой лопатки газотурбинного двигателя в сопряжённой постановке.// Доклады НАН Украины. Серия А. 2006. № 1. С. 88 94.

Автором проведено аналіз теплового стану охолоджуваної лопатки ГТД, а також верифікація розробленої CFD-моделі теплового стану охолоджуваної лопатки ГТД по величині коефіцієнта теплообміну на її зовнішній поверхні.

7. Юрченко Д.Д., Круковский П.Г. Анализ гидродинамики и теплообмена в канале охлаждения лопатки ГТД на основе трехмерной CFD-модели в сопряженной постановке.// Авиационно-космическая техника и технология. - 2006. №7 (33). - С. 161 166.

Автором запропоновано методику отримання критеріальних залежностей за допомогою CFD-моделей у спряженій постановці й обчислювального експерименту, а також за допомогою запропонованої методики отримано критеріальну залежність, придатну в новому діапазоні режимних і геометричних параметрів.

8. Круковский П.Г., Юрченко Д.Д. Сопряженные задачи теплообмена (методы решения, проблемы примеры).// Тезисы докладов IV Международной конференции "Проблемы промышленной теплотехники". - К., 2005. - С. 34 - 35.

Автором запропоновано методику розробки та верифікації CFD-моделей у спряженій постановці. Крім того, проведено дослідження впливу підмоделі пристінкової області й щільності розрахункової сітки на теплове поле.

9. Юрченко Д.Д., Круковский П.Г., Полубинский А.С., Яцевский В.А. Тепловое состояние охлаждаемой лопатки ГТД в сопряженной постановке.// Тезисы докладов IV Международной конференции "Проблемы промышленной теплотехники". - К, 2005. - С. 309 - 310.

Автором розроблено CFD-модель охолоджуваної лопатки ГТД у спряженій постановці, отримано поле температур досліджуваної лопатки, а також проаналізовано фактори, що найбільше впливають на тепловий стан лопатки.

Размещено на Allbest.ru