Юдін Олександр Юрійович. Пряма, гібридна та обернена задачі для оптимального проектування елементів проточної частини турбомашин

Короткий опис

Юдін Олександр Юрійович. Пряма, гібридна та обернена задачі для оптимального проектування елементів проточної частини турбомашин : дис... канд. техн. наук: 05.05.16 / Інститут проблем машинобудування ім. А.М.Підгорного. - Х., 2006.

Юдін О. Ю. Пряма, гібридна та обернена задачі для оптимального проектування елементів проточної частини турбомашин. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.16 Турбомашини та турбоустановки. Інститут проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного НАН України, Харків, 2006.
Дисертація присвячена розробленню методів розв'язування прямої, гібридної і оберненої задач розрахунку квазітривимірної течії в решітках турбомашин для їх оптимального проектування. У кожному розробленому методі загальна задача розрахунку течії в шарі змінної товщини подана як обмежена множина не зв'язаних між собою відносно простих задач розрахунку течії у вибраних перерізах цього шару, що забезпечує можливість паралельного розв'язування окремих задач у каналі. Ці задачі розв'язуються методами нелінійного програмування. Вдосконалений метод для визначення граничних умов задачі проектування решіток профілів турбомашин. Спроектовані нові соплові решітки, профіль яких має локальні хвилеподібні контури і його коефіцієнт сумарних втрат значно нижчий, ніж у атласних решіток профілів.

У дисертаційній роботі вирішено актуальне науково-практичне задачі створення методів розв'язування прямої, гібридної і оберненої задач розрахунку квазітривимірної дозвукової безвідривної течії в решітках турбомашин для оптимального проектування елементів проточних частин турбомашин. Основні результати і висновки дисертаційної роботи полягають у такому:
1. Застосування розроблених на сьогоднішній день методів розв'язування прямої, гібридної і оберненої задач розрахунку течії для оптимального проектування решіток турбомашин пов'язане з великими обчислювальними проблемами, тому розроблення нових методів розв'язування цих задач, при вирішенні яких не виникають ітераційні процеси, які не сходяться, і не потрібно зберігання інформації про передісторію пошуку, є актуальним.
2. Запропоновані принципи побудови і вибраний єдиний вид базової функції для апроксимації розподілу функції течії уздовж радіуса в торцевих перерізах проточної частини в межах осьових зазорів ступеня турбомашини і уздовж окружного напряму в поперечних перерізах шару змінної товщини в міжлопаткових каналах.
3. Одержані співвідношення, що апроксимують складні експериментальні залежності втрат енергії, для їх використовування в процесі оптимізації ступеня.
4. Вдосконалений метод для визначення граничних умов задачі проектування решіток профілів турбомашин.
5. Розроблені нові методи розв'язування прямої, гібридної і оберненої задач розрахунку течії в шарі змінної товщини міжлопаткового каналу решітки для їх використовування в задачах оптимального проектування проточних частин турбомашин. У кожному методі загальна задача розрахунку течії в шарі змінної товщини подана як обмежена множина не зв'язаних між собою відносно простих окремих задач розрахунку течії у вибраних перерізах шару, що забезпечує можливість паралельного розв'язування окремих задач у всьому каналі. Окрема задача розв'язується методами нелінійного програмування, в яких не виникають ітераційні процеси, що не сходяться, і не потрібне зберігання інформації про передісторію пошуку.
6. Розроблений комплекс комп'ютерних програм для розрахунку течії в шарі змінної товщини в межах прямої, гібридної і оберненої задач і для розв'язування задач оптимального профілювання турбінної решітки.
7. Порівняльний аналіз експериментальних даних турбінних решіток з результатами розрахунків підтвердив адекватність розроблених математичних моделей. Визначені параметри течії в міжлопаткових каналах турбінних решіток за допомогою методу розв'язування прямої задачі. Спроектовані міжлопаткові канали соплових решіток і відповідні до них профілі за допомогою методу розв'язування оберненої задачі.
8. Розв'язана задача оптимізації профілю соплових решіток турбіни з короткими лопатками (=3) за умов обмежень на локальні мінімальні товщини, мінімальну площу профілю і моменти опору. Спроектовані профілі соплових решіток, які мають локальні хвилеподібні контури, що забезпечило істотне зниження коефіцієнтів сумарних втрат нових решіток (на 1,4 - 2%), і таким чином теоретично підтверджено раніше емпірично встановлений вплив хвилеподібних контурів профілю на зниження вторинних і сумарних втрат у решітці турбомашини.