Кухтін Юрій Петрович. Чисельне моделювання нестаціонарного газодинамічного навантаження лопаток турбін авіаційних двигунів

brief description

Кухтін Юрій Петрович. Чисельне моделювання нестаціонарного газодинамічного навантаження лопаток турбін авіаційних двигунів : Дис... канд. наук: 05.07.05 - 2007.

Кухтін Ю.П. Чисельне моделювання нестаціонарного газодинамічного навантаження лопаток турбін авіаційних двигунів. - Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.07.05 «Двигуни і енергоустановки літальних апаратів». Національний аерокосмічний університет ім. М.Є.Жуковського «Харківський авіаційний інститут», Харків, 2007.
Дисертація присвячена створенню методу, що дозволяє отримувати нестаціонарні газодинамічні навантаження, діючі на робочі лопатки, з використанням чисельного моделювання нестаціонарного газодинамічного процесу в проточній частині турбіни авіаційного двигуна.
Запропоновано математичну модель течії грузлого теплопровідного газу в змішаній, ейлерово-лагранжевій постановці. Відмінною рисою математичної моделі є припущення про існування в течії струменів, обмежених рухливими, непроникними для основного потоку поверхнями. Рівняння законів збереження із джерелами й стоками маси, імпульсу й енергії, що моделюють процеси тепломасообміну, обумовлені молекулярним і турбулентним рухами середовища, записані для випадку двовимірного простору в криволінійній системі координат. Для замикання цих рівнянь використані моделі турбулентності: однопараметрична (аналог моделі Коважного) і двопараметрична (аналог k-e моделі).
Представлено чисельні дослідження нестаціонарної взаємодії вінця робочих лопаток з різнокроковим вінцем соплового апарата турбіни, а також чисельні дослідження нестаціонарної взаємодії температурної нерівномірності камери згоряння з вінцями соплового апарата й робочого колеса турбіни.

1. Запропоновано математичну модель і чисельний метод рішення рівнянь, що описують нестаціонарну двовимірну течію ідеального газу. В основі методу покладено оригінальний алгоритм руху ейлерово-лагранжевої сітки, що дозволяє з високим ступенем точності вирішувати завдання визначення нестаціонарного навантаження робочих лопаток турбін.
2. Запропоновано математичну модель течії грузлого теплопровідного газу в змішаній, ейлерово-лагранжевої постановці. Рівняння законів збереження представлені для випадку двовимірного простору в декартовій й криволінійній системах координат.
3. Виявлено причини «розмазування» параметрів середовища на границі стикування розрахункових областей ступеню при використанні ковзних сіток. Показано, що застосування абсолютної системи координат при використанні ейлерово-лагранжевого підходу дозволяє істотно підвищити точність рішення завдання нестаціонарної течії в ступеню турбомашини.
4. Розроблено програмний комплекс мовою Fortran, у рамках якого здійснюється інтерактивна підготовка вихідних даних, проведення нестаціонарного розрахунку, обробка й аналіз отриманих газодинамічних навантажень на робочу лопатку.
5. Отримані результати показують, що розроблений метод розрахунку нестаціонарної взаємодії вінців може бути використаний для рішення завдання вибору геометрії СА, з метою зменшення нестаціонарних навантажень на робочі лопатки ступеня турбіни.
6. Проведено дослідження впливу характеру епюра повної температури на виході із КЗ на нестаціонарні навантаження робочих лопаток турбіни високого тиску.
7. Показано, що розроблений чисельний метод може бути використаний для вибору окружного розташування СА відносно поля параметрів за камерою згоряння, що забезпечує мінімальні значення амплітуд нестаціонарних сил, прикладених до лопаток робочого колеса турбіни високого тиску, на небезпечних частотах.