Пряма, гібридна та обернена задачі для оптимального проектування елементів проточної частини турбомашин - Автореферат

ІНСТИТУТ ПРОБЛЕМ МАШИНОБУДУВАННЯ ІМ. А.М.Роботу виконано на кафедрі турбінобудування Національного технічного університету “Харківський політехнічний інститут” Міністерства освіти та науки України, м. Науковий керівник: кандидат технічних наук, старший науковий співробітник Суботович Валерій Петрович, Національний технічний університет “ХПІ”, професор кафедри турбінобудування Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Сухінін Віктор Павлович, Українська інженерно-педагогічна академія, м. кандидат технічних наук, старший науковий співробітник Дьомін Олександр Євгенович, Національний аерокосмічний університет ім. Провідна установа: Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут” Міністерство освіти та науки України, кафедра атомних електричних станцій і інженерної теплофізики, м.Проблему вдосконалення проточних частин парових і газових турбін на сьогоднішній день можна вирішити тільки за допомогою використання більш досконалих методів розрахунку течії в задачах оптимального проектування лопаткових апаратів турбомашин. Розроблені в дисертації методи аеродинамічних досліджень, розрахункові алгоритми і програмні модулі використовувалися під час виконання кафедрою турбінобудування НТУ “ХПІ” держбюджетної наукової теми М2831 “Вирішення фундаментальних проблем оптимізації газодинамічних, режимних і конструктивних параметрів проточної частини парових турбін з метою розроблення високоекономічних і надійних проточних частин для модернізації турбін, які виробили ресурс, для створення нових паротурбінних агрегатів” (№ ГР 0100U001659, 2001-2002 рр.) і держбюджетної наукової теми М2834 “Розрахунково-теоретичні і експериментальні дослідження з метою створення високоекономічних і надійних проточних частин турбомашин” (№ ГР 0103U001503 2003-2005 рр.), у яких здобувач брав безпосередню участь як виконавець. Метою дисертаційної роботи є розроблення методів розвязування прямої, гібридної і оберненої задач розрахунку квазітривимірної дозвукової безвідривної течії в міжлопаткових каналах решіток турбомашин, що ураховують особливості організації розрахункового процесу під час розвязування задач оптимального проектування решіток з урахуванням профільних і вторинних втрат. вперше задача розрахунку течії в окремому поперечному перерізі шару змінної товщини сформульована як задача, яка розвязана методами нелінійного програмування, що дозволило здійснити оптимізацію профілю турбінної решітки; У роботах, написаних і опублікованих у співавторстві, авторові належать такі результати: розроблений алгоритм і програмний модуль для розрахунку втрат енергії в турбінному ступені, вибрана нова аналітична залежність для функції течії і виконані оптимізаційні розрахункові дослідження передостаннього ступеня ЦНТ потужної парової турбіни [1]; комплекс програм для розрахунку групи ступенів у межах осесиметричної моделі течії доповнений програмним модулем розрахунку втрат, виконані тестування цього комплексу і розрахункові дослідження триступінчастого відсіку останніх ступенів ЦНТ потужної парової турбіни [2]; розроблений алгоритм методу розвязування прямої задачі в шарі змінної товщини і комплекс компютерних програм для розрахунку течії в міжлопаткових каналах кільцевих решіток [3]; уніфікований алгоритм методу розвязування прямої задачі розрахунку течії в шарі змінної товщини і комплекс компютерних програм для розвязування гібридних задач [4]; розроблений алгоритм методу розвязування оберненої задачі розрахунку течії в шарі змінної товщини і комплекс компютерних програм для розрахунку течії в міжлопаткових каналах кільцевих решіток турбомашин [5].Розрахунок течії робиться повінцево (спочатку направляючий апарат, а потім робоче колесо) в торцевих перерізах міжвінцевого і міжступінчастого зазорів проточної частини, де робоче тіло, що стискується, вважається невязким, течія стала, адіабатична, осесиметрична і безвідривна, а повна ентальпія, ентропія і показник ізоентропи залишаються постійними уздовж лінії течії. Задача розрахунку течії в зазорі за лопатковим вінцем сформульована таким чином: задані функції розподілу уздовж радіуса масової витрати, швидкості потоку, статичного тиску і питомого обєму перед вінцем лопатки і розподілу статичного тиску за вінцем лопатки; знайти на всіх радіусах перерізу за вінцем питомий обєм робочого тіла, осьові, окружні та радіальні складові швидкості потоку в абсолютному та відносному русі. Система рівнянь, що описує рух робочого тіла і перетворення енергії у вінці ступеня турбіни, складається з пяти відомих рівнянь: (1) - рівняння закону збереження енергії в абсолютному (для нерухомої решітки) і відносному (для решітки, що обертається) русі уздовж лінії течії; (2) - рівняння ізоентропного процесу уздовж лінії течії; (3) - рівняння Ейлера в проекції на радіальний напрям; (4) - рівняння Ейлера в проекції на осьовий напрям; (5) - рівняння нерозривності.

Основний зміст роботи