Аналіз та оптимізація фізичних процесів для аеродинамічного удосконалення вінців турбомашин - Автореферат

Національний аерокосмічний університет ім. М. Є. Жуковського “Харківський авіаційний інститут” Більчук 47-77-50 д 40-28-97 р. УДК 519. 876: 681. 322 Автореферат дисертації на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук Аналіз та оптимізація фізичних процесів для аеродинамічного удосконалення вінців турбомашин 01. 05. 04 - Системний аналіз і теорія оптимальних рішень Константінов Володимир Володимирович Харків - 2001 ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ Актуальність теми. Україна є державою з розвиненою авіаційною промисловістю. Створення високонавантажених вінців турбомашин із низьким рівнем втрат у широкому діапазоні умов їхньої роботи можливе з використання засобів управління відривом течії. Серед вітчизняних дослідників необхідно відзначити М. З. Згуровского, В. М. Одрина, Ю. М. Терещенко, В. І. Гнесіна, С. В. Єршова, А. В. Бойко, Ф. А. Стоянова, С. Д. Косторного, Ю. О. Квашу, Д. А. Мунштукова, О. В. Амброжевича, Л. Г. Бойко, М. Л. Угрюмова; серед дослідників ближнього зарубіжжя необхідно відзначити М. М. Моісєєва, Ф. І. Перегудова, А. В. Алексєєва, Г. Ю. Степанова, А. М. Топунова, В. С. Бекнева, В. М. Котовського, М. Я. Іванова, В. С. Тализіну, В. Е. Сарена, М. М. Савіна, А. Б. Богода, С. М. Шкарбуля; серед дослідників далекого зарубіжжя - М. Месарович, Дж. Клир, B. Lakshminarayana, C. Hah, J. M. Sanz, P. Stow, N. A. Cumpsty, K. D. Papailiou, R. Braembussche, D. C. Wisler. Роботи цих вчених створили наукову основу для досліджень, теоретичні і методичні передумови подальшого пошуку шляхів підвищення ефективності СТС, у тому числі - аеродинамічної ефективності турбомашин. Тематика дисертаційної роботи звязана з дослідженнями, проведеними в 1997-1999 р. у Національному аерокосмічному університеті ім. Н. Є. Жуковського “Харківський авіаційний інститут” на кафедрі інформатики відповідно до тематичного плану НДР і ДКР (Напрямок 4: Екологічно чиста енергетика і технології ресурсозбереження) по держбюджетній темі: Г303-33/97 (ДР № - 0197U012553) “Розробка методів проектування аеродинамічних каналів авіаційних двигунів і енергетичних установок”. Особистий внесок автора перебував у розробці комплексу математичних методів системного моделювання пристінних течій і наповнення САЕ - системи в цілому. Основна мета дисертаційного дослідження - підвищення аеродинамічної ефективності турбомашин авіаційних двигунів шляхом раціонального профілювання вінців на основі системної структуризації, моделювання тривимірного уявлення вязкої течії газу в міжлопаткових каналах і комплексного використання засобів управління відривом течії в них. Для досягнення поставленої мети були вирішені наступні задачі: сформовано системне зображення обєкту дослідження; побудована системна тривимірна математична модель течії газу; розроблено часткові математичні моделі, методики аналізу і розрахунку пристінних течій; проведено аналіз і зіставлення результатів модельних розрахунків і реальних експериментів; створено узагальнений алгоритм системного моделювання, виділено інфологічну і даталогічну схеми програмного забезпечення; розроблено інформаційну технологію та компютерну систему інженерного аналізу тривимірного уявлення вязкої течії в міжлопаткових каналах; сформовано сценарій і методику роботи кінцевого користувача із системою; розроблено методику параметричного синтезу тривимірного раціонального профілювання вінців осьових компресорів; впроваджено результати роботи в практику створення вінців турбомашин на підприємствах Державного комітету промислової політики України. Для побудови системних фізичної, математичної, алгоритмічної моделей тривимірної вязкої течії використовувалися методи теорій математичної фізики, обчислювальної математики. У результаті аналізу фізичного і математичного уявлення розглянутого процесу були проведені: системна структуризація обєкта дослідження; декомпозиція і вибір методів рішення поставлених задач, особливість яких перебуває у використанні концепції структуризації тривимірної течії, що дозволяють забезпечити адекватне реальним фізичним процесам системне моделювання в цілому кінематики течії, достовірність і точність, порівнянну з точністю фізичного експерименту; б) виходячи із системної моделі обєкта дослідження, розроблені часткові математичні моделі, методики аналізу і розрахунку пристінних течій: удосконалена математична модель тривимірної турбулентної пристінної течії в наближенні суміжного шару стосовно до пристроїв із рухомою торцевою поверхнею, що відрізняється від відомих урахуванням у замикаючих співвідношеннях стискувасті газу, наявності вісесиметричного переміщення обтічних супутною течією поверхонь, що дозволяє розширити клас розвязуваних задач; удосконалений метод побудови узагальненого слабкого рішення системи інтегральних співвідношень імпульсів тривимірного турбулентного суміжного шару, що відрізняється від відомих використанням при рішенні змішаної задачі для системи двох квазілінійних диференційних рівнянь у часткових похідних із кусково-безперервними крайовими умовами, рішень із класу автомоде