рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Реферат Курсовая Конспект

Трехмерная модель потока в лопаточной машине

Трехмерная модель потока в лопаточной машине - раздел Науковедение, Теория и расчет ЛМ ТРЛМ как самостоятельная научная дисциплина сложилось в начале пятидесятых годов Трехмерная Модель Полностью Воспроизводит Пространственную Форму Межлопаточно...

Трехмерная модель полностью воспроизводит пространственную форму межлопаточного канала (рисунок 1.56). Изменение параметров потока в ее рамках учитывается в направлении всех трех осей. Ее использование позволяет оценить влияние пространственных эффектов на рабочий процесс в ступени. В частности, можно учесть влияние меридиональной формы проточной части, наклона лопаток и т.п.

 

Рисунок 1.56 – Трехмерная расчетная модель осевой многоступенчатой турбины

Очевидно, что использование трехмерной модели при проектировании затруднено из-за своей сложности. Поэтому часто пользуются ее упрощенными вариантами. Например, так называемой «квазитрехмерной моделью». Она подразумевает, что течение в межлопаточном канале слоистое cr = 0. То есть каждая частица движется внутри своего слоя и не переходит ни в слои, расположенные на большем радиусе, ни в слои на нижерасположенном радиусе.

Уравнение слоистого течения имеет вид:

 

Из него следует, что слоистое течение можно реализовать только при наличии радиального градиента давления.

До недавнего времени применение трехмерных моделей было ограничено из-за того, что расчетные соотношения для них чрезмерно сложны при использования в проектировочной практике. Однако произошедший в последние несколько десятков лет резкий скачек возможностей вычислительной техники позволил снять эту проблему. Оно повлекло за собой развитие вычислительной газовой динамики (CFD). Внедрение CFD методов в процесс проектирования позволило в значи­тельной мере повысить точность проектировочных расчетов. Развитие компью­терной техники и совершенствование CFD методов показано на рисунке 1.57 [3]. Например, в 1991 году для расчета течения через три ЛВ турбины (СА-РК-СА) требовалось 73 года компьютерного времени. К концу девяностых время данного расчета сократилось до четырех дней. На этом же рисунке показаны основные события, которые привели к достижению такого результата.

 

Рисунок 1.57 – Изменение сроков расчетного исследования течения через три лопаточных венца осевой турбины по мере развития методов вычислительной газовой динамики и компьютерной техники [3]

Возможности CFD методов на данный момент таковы, что позволяют ис­следовать влияние нестационарных процессов на течение в целом каскаде многоступенчатой турбины в относительно небольшие сроки. Поскольку в ос­нове вычислительной газовой динамики лежат уравнения течения газа с ми­нимальными допущениями (система Навье – Стокса), то их применение по­зволило заменить большую часть экспериментальных исследований расчетом. Это существенно сократило число потребных для доводки турбины и двигателя в целом испытаний, и как следствие, сократило сроки и стоимость создания нового изделия.

Существенно меньшее время и стоимость получения расчетных данных расчета по сравнению с экспериментом позволяет рассмотреть большее число вариантов геометрии изделия, что дает возможность найти более эффективные формы ПЧ. Кроме того, следует отметить гораздо большую информативность результатов расчетов по сравнению с экспериментом. CFD методы позволяют наиболее точно, по сравнению с другими расчетными методами, описать явле­ния трехмерного потока в межлопаточном канале, предсказывать места отрывов, структуру вто­ричных течений и находить углы выхода потока из ЛВ. В дальнейшем полученная ин­формация используется для уточнения формы нижестоящих по потоку ЛВ. Методы вычислительной газовой динамики не имеют расчетных аналогов при оценке нестационарных явлений в межлопаточных каналах на стадии проекта. Кроме того, большая часть современных CFD программ способна передавать результаты газодинамических расчетов (поля давлений и температур, в том числе и нестационарные) в программы прочностного анализа.

Тем не менее, не стоит считать CFD волшебным средством, способным ав­томатически получить максимально эффективную турбину. Грамотные проек­тировщики относятся к вычислительной газовой динамике с известной долей осторожности, критично оценивая полученные результаты. На это есть не­сколько причин. Во-первых, в CFD решается система уравнений Навье - Сто­кса, которая хотя и имеет минимальные допущения, но все равно остается всего лишь системой дифференциальных уравнений, отражающих наше пред­ставление о реальном физическом процессе. Следовательно, получаемые ре­зультаты – это решение дифференциальных уравнений, которые сильно зави­сят от принятых граничных условий и допущений. Поэтому результат числен­ного исследования существенным образом зависит от достоверности данных, применяемых в качестве граничных условий, и квалификации расчетчика. Во-вторых, несмотря на свою прогрессивность, численное решение уравнений Навье – Стокса еще недостаточно развито. Применяемые программные коды проверены и дают неплохие результаты на тестовых задачах, но не обяза­тельно дадут хороший результат в других условиях. Из-за несовершенства применяемых моделей турбулентности CFD программы не могут в настоящий момент правильно предсказывать ламинарнотурбулентный переход и соответ­ственно корректно описывать потери. В-третьих, CFD методы выполняют по­верочный расчет в спроектированном канале. Другими словами для проведе­ния расчета нужна исходная геометрия, которую могут дать только традицион­ные методы проектирования.

Как отмечалось ранее, получаемые в CFD расчете значения параметров по­тока могут значительно по величине отличаться от результатов испытаний. Тем не менее, современные CFD коды позволяют предсказывать изменения параметров потока и интегральных параметры лопаточные машины при варьировании ре­жимными и геометрическими факторам с точностью до погрешности экспери­мента. Поля распределения параметров в межлопаточных каналах качественно также хорошо согласуются с данными продувок на стенде и с существующими современными физическими представлениями [13]. Отсюда можно сделать вы­вод, что место CFD в процессе проектирования – качественная и количест­венная оценка влияния изменения различных параметров на газодинамиче­скую эффективность ЛМ и картину течения в ней и поиск вариантов про­ектирования, обеспечивающих наилучшую структуру потока. Это в свою оче­редь позволит заменить большую часть экспериментов расчетом и соответст­венно сократить время и материальные ресурсы, необходимые для доводки.

Таким образом, CFD это мощное средство в руках грамотного проектиров­щика, способное существенно расширить его представления о физической картине процесса, имеющего место в конкретном изделии, рассчитать течение в нем с минимальными допущениями, рассмотреть большее число вариантов исполнения геометрии в относительно короткие сроки и найти пути сущест­венного повышения эффективности, многократно сократить потребное число испытаний, уменьшить временные и материальные затраты. Но следует пом­нить, что результаты CFD расчетов – это решение дифференциальных уравне­ний, отражающих наше сегодняшнее представление о физике процесса. Поэтому экспери­мент навсегда останется окончательной инстанцией по проверке правильности принятых проектных решений и подтверждению достигнутых в расчете резуль­татов.


– Конец работы –

Эта тема принадлежит разделу:

Теория и расчет ЛМ ТРЛМ как самостоятельная научная дисциплина сложилось в начале пятидесятых годов

Теория и расчет ЛМ ТРЛМ как самостоятельная научная дисциплина сложилось в начале пятидесятых годов когда в авиации стали широко распространяться.. Понятие о ступени лопаточной машины.. Понятие ступени является фундаментальным в теории лопаточных машин Ступень состоит из одного рабочего колеса а также..

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Трехмерная модель потока в лопаточной машине

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Все темы данного раздела:

Глоссарий
Буква Термин Определение Обозначение в формулах Размерность Формула А

Первоначальные сведения о лопаточных машинах
Лопаточная машина - устройство, в проточной части которого осуществляется подвод или отбор энергии от потока жидкости или газа за счет взаимодействия со специально спрофилирова

Лопатка - основной элемент лопаточной машины
Энергетическое взаимодействие в турбомашинах осуществляется с помощью специально профилированных элементов называемых лопатками. Они являются главными элементами лопаточной

Ступень компрессора
В самом общем случае ступень компрессора или насоса в порядке следования через нее рабочего тела состоит из входного направляющего аппарата (ВНА), рабочего колеса и выходной системы (рисунок 1.14).

Ступень турбины
Ступень турбины также состоит из рабочего колеса и дополнительных устройств. В самом общем случае в состав ступени могут входить (в порядке следования рабочего тела): входная система, рабочее колес

Назначение и место лопаточных машин в системе газотурбинных двигателей авиационного и наземного назначения
Как известно, газотурбинный двигатель (рисунки 1.28 и 1.29) является тепловой машиной, работающей по замкнутому термодинамическому циклу (циклу Брайтона, рисунок 1.30), в результате чего возникает

Назначение и место лопаточных машин в паротурбинных энергоустановках
Паротурбинная установка — это непрерывно действующий тепловой агрегат, рабочим телом которого является вода и водяной пар. Паротурбинная установка является механизмом для преобразо

Назначение и место лопаточных машин в системе наддува двигателя внутреннего сгорания
Развитие двигателей внутреннего сгорания (ДВС) идет по пути по­вышения мощности двигателя при сокращении его габаритов и потребляемого топлива. Эта тенденция особенно актуальна для двигателей, пред

Назначение и место лопаточных машин в системах питания ракетных двигателей
Жидкостный ракетный двигатель (ЖРД) (рисунки 1.38, 1,39) – это двигатель, ра­ботающий на жидких компонентах топлива, находящихся на борту летательного аппарата (ракеты). Компонентами топлива являют

Требования, предъявляемые к лопаточным машинам
К лопаточным машинам независимо от области их применения и типа предъявляются следующие основные требования: - минимальные габаритные размеры и масса; - высокий к.п.д.; -

Обозначения направлений и базовых поверхностей в теории лопаточных в теории лопаточных машин
Рассмотрим течение произвольно выделенного бесконечно малого объема движущегося в межлопаточном канале лопаточной машины по пространственной траектории S (рисунок 1.44). Лопатка дей

Характерные (контрольные) сечения турбомашины и структура построения индексов параметров
Параметры потока в лопаточных машинах, при анализе рабочего процесса в них, часто анализируют в контрольных сечениях, находящихся обычно на входе и выходе из лопаточных венцов. Обозначения этих сеч

Одномерная модель потока в лопаточной машине
Простейшей моделью рабочего процесса в лопаточной машине является одномерная модель. Она представляет собой тело вращения, ограниченное двумя поверхностями вращения: наружной (поверхность статора)

Двухмерная модель потока в лопаточной машине
В двухмерной модели потока параметры меняются в проекциях на две координатные оси: осевую и окружную (для осевых участков) или радиальную и окружную (для радиальных участков). Для осевых участков д

Основные геометрические параметры ступени основных типов турбомашин
Прежде чем перейти к описанию основных геомет­рических параметров ступени осевого компрессора и других ло­паточных машин, необходимо привести некоторые определения. Средняя линия п

Основные геометрические параметры ступени осевого компрессора
Основные геометрические параметры проточной части осе­вого компрессора в меридиональной плоскости представлены на рисунке 1.58 и табл. 1.4. Таблица 1.4 - Основные геометрические параметры

Основные геометрические параметры ступени центробежного компрессора
Основные геометрические параметры проточной части РК цен­тробежного компрессора в меридиональной плоскости приве­дены на рисунках 1.61 и 1.62 и таблице 1.6. Для рассмотрения геометрических

Основные элементы и геометрические параметры профиля лопатки и турбинной решетки профилей
Основные геометрические параметры ступени турбины в ме­ридиональной плоскости обозначены на рисунок 1.66 и приведены в таблице 1.8. В проектировочной практике важное значение имеют также и

Геометрические параметры ступени центростремительной турбины
Основные геометрические параметры ступени центростреми­тельной турбины в меридиональном сечении приведены на рисунке 1.69 и в таблице 1.11. Их обозначения в основном соответствуют аналогичным парам

Основные геометрические параметры насоса
Основные геометрические параметры проточной части насоса в меридиональной и окружной плоскостях представлены на рис. 2.24, а их названия приведены в табл. 2.10.   Рисунок 1.7

Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Education Insider Sample
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Реклама
Соответствующий теме материал
  • Похожее
  • Популярное
  • Облако тегов
  • Здесь
  • Временно
  • Пусто
Теги