Влияние геометрии лопаток осевой турбины малоразмерных турбореактивных двигателей на кпд турбины

DOI: 10.34759/vst-2020-1-191-200

Авторы

Варсегов В. Л.^*, Абдуллах Б. Н.^**,

Казанский национальный исследовательский технический университет имени А.Н. Туполева – КАИ, ул. Карла Маркса, 10, Казань, 420111, Россия

*e-mail: varsegov@gmail.com
**e-mail: Kuragorony@gmail.com

Аннотация

Показана возможность использования стандартного пакета программ по гидрогазодинамике ANSYS CFX для расчета газодинамических характеристик осевой турбины малоразмерных турбореактивных двигателей (МТРД) при разных вариантах профилирования рабочих лопаток. В статье анализируются профильные потери, т. е. отрыв потока от поверхности профиля. Рассматривается вопрос о влиянии угла установки β_уст и угла на входе рабочих лопаток Р1 на коэффициент полезного действия (КПД) турбины. Проектирование турбины осуществлено с помощью программы Solidworks, Fluid flow CFX. Для профилирования лопаток использована программа BladeGend. Построение структурированной гексаэдрической расчётной сетки для всех элементов ступени выполнено в Ansys Turbogrid.

Ключевые слова:

осевая турбина МТРД, профилирование рабочих лопаток, оптимизация геометрии лопаток осевой турбины, КПД турбины, профильные потери

Библиографический список

1. Наталевич А.С. Воздушные микротурбины. – М.: Машиностроение, 1979. – 192 с.

2. Осипов И.В., Ремчуков С.С. Малоразмерный газотурбинный двигатель со свободной турбиной и теплообменником системы регенерации тепла в классе мощности 200 л.с. // Вестник Московского авиационного института. 2019. Т. 26. № 2. С. 81-90.

3. Щербаков М.А., Юн А.А., Марчуков Е.Ю., Крылов Б.А. Применение современных пакетов вычислительной гидродинамики в расчете выходного устройства воздушно-реактивного двигателя // Вестник Московского авиационного института. 2010. Т. 17. № 5. С. 116-120.

4. Щербаков М.А., Юн А.А., Крылов Б.А. Сравнитель­ный анализ моделей турбулентности с использованием научного кода «Fastest-SD» и коммерческого пакета ANSYS CFX // Вестник Московского авиационного института. 2009. Т. 16. № 5. С. 116-122.

5. Ша М., Агульник А.Б., Яковлев А.А. Влияние расчетной сетки при математическом моделировании натекания дозвукового потока на профиль перспективной лопатки с отклоняемой задней кромкой в трехмерной постановке // Вестник Московского авиационного института. 2017. Т. 24. № 4. С. 110-121.

6. Костюков В.М., Чан К.Д. Обоснование модели турбулентности для расчета параметров обтекания и аэродинамических характеристик пассажирского самолета // Вестник Московского авиационного института. 2015. Т. 22. № 1. С. 14-20.

7. Денисов М.А. Математическое моделирование теплофизических процессов. ANSYS и САЕ-проектирование: Учебное пособие. – Екатеринбург: УрФУ, 2011. – 149 с.

8. Иванов И.Э., Крюков И.А. Численное исследование турбулентных течений с ограниченным и свободным отрывом в профилированных соплах // Вестник Московского авиационного института. 2009. Т. 16. № 7. С. 23-30.

9. Гарбарук А.В., Стрелец М.Х., Шур М.Л. Моделирование турбулентности в расчетах сложных течений: Учебное пособие. – СПб: Изд-во Политехнического института, 2012. – 88 с.

10. Ледовская Н.Н. Управление отрывом потока в диффузионных каналах. Экспериментальное иссле­дование: Дисс. ... канд. техн. наук. – М., 2004. – 156 с.

11. Menter F.R. Zonal Two Equation k-щ Turbulence Models for Aerodynamic Flows // 24th Conference Fluid dynamics (1993; Orlando; FL). AIAA-93-2906. DOI: 10.2514/6.993-2906

12. Denton J.D., Dawes W.N. Computational Fluid Dynamics for Turbomachinery Design // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part C: Journal of Mechanical Engineering Science. 1998. Vol. 213. No. 2, pp. 107-124. DOI: 10.1243/0954406991522211

13. Милешин В.И., Семёнкин В.Г. Расчетное исследование влияния числа Рейнольдса на характеристики первой типовой ступени компрессора высокого давления // Вестник Московского авиационного института. 2018. Т. 25. № 2. С. 86-98.

14. Нестеренко В.В. Основные принципы методики комплексной оптимизации облика и параметров узлов горячей части современных и перспективных ТВГТД // Вестник Московского авиационного института. 2009. Т. 16. № 6. С. 82-92.

15. Батурин O.B. Конспекты лекций по учебной дисциплине «Теория и расчет лопаточных машин»: Учебное пособие. – Самара: СГАУ, 2011. – 241 с.

16. Ржавин Ю.А., Емин O.H., Карасев B.H. Лопаточные машины двигателей летательных машин. Теория и расчет: Учебное пособие. – М.: МАИ-ПРИНТ, 2008. – 700 с.

17. Гусаров С.А. Оценка канальных потерь в решетках осевых малоразмерных турбин // Труды МАИ. 2012. № 53. URL: http://trudymai.ru/published.php7ID=29397

18. Белоусов А.Н., Мусаткин Н.Ф., Радько B.M., Кузьмичев В.С. Проектный термогазодинамический расчет основных параметров авиационных лопаточных машин. – Самара: Самарский аэрокосмический университет, 2006. – 316 с.

19. Кузнецов Е.Н., Лунин В.Ю., Панюшкин А.В., Чернышёв И.Л. Границы безотрывного обтекания тел вращения с носовой частью в виде полукаверны Ря- бушинского // Вестник Московского авиационного института. 2018. Т. 25. № 4. С. 7-15.

20. Щербаков М.А., Воробьёв Д.А., Маслаков С.А., Равикович Ю.А. Определение коэффициента теплоотдачи на пере лопатки турбины на нерасчётных режимах работы // Вестник Московского авиационного института. 2013. Т. 20. № 3. С. 95-103.