Программный комплекс расчетов гидродинамических и теплофизических параметров расчета элементов проточных частей энергетических установок Текст научной статьи по специальности «Физика»

КБРРКОР. Быстрее всего - на 16 % - меняется газовая постоянная. Показатель адиабаты меняется на 2,41 %, что составляет значимую величину в подобных расчетах.

Сравнение результатов расчета различными методами (табл. 2) позволяет сделать следующие выводы: в плане определения температур и давлений предложенный алгоритм хорошо согласуется с результатами численных расчетов. Однако при определении плотности возникли расхождения, связанные, скорее всего, с неточностью определения свойств рабочего тела

Изменение термодинамичес

по уравнениям состояния и/ или диаграмме. Различие плотностей повлияло и на скорости. Для выявления всех обстоятельств необходим более развернутый анализ.

Данный алгоритм был рассмотрен для одномерного течения, однако его методология применима и для более сложных случаев. Алгоритм позволяет с высокой точностью и в то же время без применения коммерческих пакетов рассчитывать течения в одномерных каналах любой геометрии. Главным достоинством алгоритма является возможность встраивания его в собственные приложения для расчета более сложных картин течения.

Таблица 1

х свойств в тестовой задаче

Точка Давление, атм Температура, С cp, Дж/кг cv, Дж/кг a, м/с k R, Дж/кг

Вход 30 140 924 718 189,03 1,286 206

Выход 17,63 106 851 678 186,88 1,255 173

Изменение, % - - 7,9 5,57 1,12 2,41 16,01

Таблица 2

Сравнение результатов расчета (параметры на выходе)

Температура, °С Плотность, кг/м3 Скорость, м/с

Решение: по алгоритму 106 55,07 183

- численно 107 61,48 173

- по формулам идеального газа 94 59,45 290

Reference Nozzles // J. of Propulsion and Power. 2008. Vol. 24,

1. Colonna P., Harinck J., Rebay S., Guardone A. no. 2, p. 282-294. doi: 10.2514/1.29718. Real-Gas Effects in Organic Rankine Cycle Turbine

© Ae^KOB A. B., XogeHKOB A. A., 2014

УДК 669.713.7

ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС РАСЧЕТОВ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ И ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ РАСЧЕТА ЭЛЕМЕНТОВ ПРОТОЧНЫХ ЧАСТЕЙ

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК

А. А. Зуев, Е. В. Блинков

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660014, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

E-mail: [email protected]

Рассматриваются методики расчета и программное обеспечение: расчет параметров течения и теплоотдачи в пространственном канале при прямолинейном и вращательном течении (3D Flow).

Ключевые слова: полости вращения, энергетические установки, расчет течения, программное обеспечение.

PROGRAM COMPLEX OF CALCULATIONS OF HYDRODYNAMIC AND THERMAL PARAMETERS OF ELEMENT CALCULATION OF FLOW CHANNEL OF POWER PLANTS

A. A. Zuev, E. V. Blinkov

Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660014, Russian Federation E-mail: [email protected]

Methods of calculation and software are calculation ofparameters of a flow and thermolysis in the space channel at rectilinear and rotational currents (3D Flow).

Keywords: rotation cavities, engine installations, current calculation, software.

Решетневскуе чтения. 2014

Основным объектом исследования полостей вращения энергетических установок ЛА (летательные аппараты) являются конструктивные элементы турбо-насосных агрегатов, компрессоров и газовых турбин: полость вращения между ротором и стенкой газовой турбины, подводящее устройство турбин, боковые полости вращения между рабочим колесом и стенкой корпуса лопаточного нагнетателя, полости гидродинамических уплотнений и т. п. [1-3].

Основными эксплуатационными факторами, определяемыми течением в полостях вращения агрегатов энергетических установок являются: величина утечек (расходный КПД), распределение давления по боковым поверхностям (основной источник осевой силы), теплоотдача в стенку от закрученных потоков перегретых рабочих тел [4; 5].

Разработаны алгоритмы и программа расчета параметров течения с теплоотдачей в стенку для течений, характерных для полостей энергетических установок ЛА. Достоверность методики расчета подтверждается сходимостью теоретических и экспериментальных данных исследуемых участков. Исследовались участки течения с теплоотдачей равномерного

прямолинейного, закрученного течения в трубе и вращательного течения с теплоотдачей в торцевой щели с двумя неподвижными стенками. Также исследовался участок, представляющий торцевую щель с неподвижной и вращающейся стенкой, вращательное течение реализуется по закону «твердого тела».

Исходными данными для алгоритмов являлись геометрические параметры полостей течения, режимные параметры и свойства воздуха (рабочего тела) и воды (теплоносителя). Алгоритм позволяет определять следующие параметры: окружную, осевую и радиальную составляющие скорости воды и воздуха, полное, статическое давление, напряжение трения, толщину потери импульса, локальные и осредненные по длине и радиусу параметры коэффициентов теплоотдачи, теплового потока, критерии Стантона, Нус-сельта, Рейнольдса, температуры воздуха, воды, стенки со стороны воздуха и воды и другие. На рис. 1 показано окно программы «Расчет параметров течения и теплоотдачи в пространственном канале при прямолинейном и вращательном течении (3D Flow)», на рис. 2 - распределение температуры рабочего тела, охлаждающей жидкости по длине потока.

Меню Расчет Графики И сходные данные Расчитанные данные Графические данные |

Температура входа горячего воздуха. С Температура входа охлавдающей жвдкости, С Объемный расход воздуха. мЗ/с □ Съемный расход охлаждающей жинкости, мЗ/с Статическое давление воздуха на входе. Па Количество шагов интегрирования Материал стенки

Закон распределения профиля скорости

Степень закона распределения профиля скорости росдуха

Степень закона распределения профиля скорости воды

500

Сталь 1СК18Н1 ОТ j^J

Параметры полости вращения

Схема полости 1 Диск-Стенка А

Радиус, м 1 0,1

Нормальный зазор, м 1 0.00В

Радиус входа воздуха, м 1 0,002

Радиус выхода воздуха, м 1 0,02

Радиус входа жидкости, м 1 0,002

Толщина стенки теплообмена, м 1 0,001

Угловая скорость вращения диска, с-1 1 500

Рис. 1. Окно программы «Расчет параметров течения и теплоотдачи в пространственном канале при прямолинейном и вращательном течении (3D Flow)»

Рис. 2. Распределение температуры рабочего тела, охлаждающей жидкости, по длине потока

Основным преимуществом алгоритма по сравнению с алгоритмами, основанными на эмпирических зависимостях, является относительно широкая область применения. Алгоритм расчета течения с теплоотдачей в стенку реализован в программное обеспечение, которое позволяет рассчитывать полости течения различной формы, строить двумерные семейства характеристик различных параметров потока в зависимости от геометрических и режимных параметров воздуха и охлаждающей воды.

Библиографические ссылки

1. Андерсон Д., Таннехилл Дж., Плетчер Р. Вычислительная гидромеханика и теплообмен : пер. с англ. В 2 т. Т. 2. М. : Мир, 1990. 392 с.: ил.

2. Данилов Ю. И., Дзюбенко Б. В., Дрейцер Г. А., Ашмантас Л. А. Теплообмен и гидродинамика в каналах сложной формы / под ред. чл.-корр. АН СССР В. М. Иевлева. М. : Машиностроение, 1986. 200 с.

3. Дрейцер Г. А., Кутырин И. Н., Балашов В. В., Макарова А. В. Экспериментальное исследование теплообмена в авиационной технике. М. : МАИ, 1988. 80 с.

4. Локай В. И., Бодунов М. Н., Щукин А. В. Теплопередача в охлаждаемых деталях газотурбинных двигателей. 2-е изд., перераб. и доп. М. : Машиностроение, 1993. 288 с.: ил.

5. Поляев В. М., Майоров В. А., Васильев Л. Л. Гидродинамика и теплообмен в пористых элементах конструкции летательных аппаратов. М. : Машиностроение, 1988. 168 с.

References

1. Anderson D. Tannehill Dzh., Pletcher R. Mir, 1990., 392 p.

2. Danilov U. I., Dzubenko B. V., Dreicer G. A., Ashmantas L. A. Moscow, Mashinostroenie, 1986. 200 p.

3. Dreicer G. A., Kutirin I. N., Balashov V. V., Makarova A. V. MAI, 1988. 80 p.

4. Lokai V. I., Bodunov M. N., Shukin A. V. Moscow, Mashinostroenie, 1993. 288 p.

5. Polyaev V. M., Maiyorov V. A., Vasilyev L. L. Moscow, Mashinostroenie, 1988. 168 p.

© Зуев А. А., Блинков Е. В., 2014

УДК 669.713.7

ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕЧЕНИЯ С ТЕПЛООТДАЧЕЙ В СТЕНКУ В ГРАНИЧНЫХ УСЛОВИЯХ АГРЕГАТОВ ПОДАЧИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ

А. А. Зуев, А. А. Павлыш

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660014, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

E-mail: [email protected]

Проведено теоретическое и экспериментальное исследование течения с теплоотдачей в стенку в полостях вращения, характерных для энергетических установок летательных аппаратов, разработана достоверная математическая модель течения с теплоотдачей в стенку в полостях вращения, обеспечивающая достоверное определение гидравлических и тепловых параметров.

Ключевые слова: энергетические установки, течение с теплоотдачей в стенку, гидравлические параметры, тепловые параметры.

RESEARCHING THE CURRENT WITH THE HEAT OUTPUT TO THE WALL IN BOUNDARY CONDITIONS OF AIRCRAFT POWER PLANT STATIONS

A. A. Zuev, A. A. Pavlysh

Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660014, Russian Federation. E-mail: [email protected]

Theoretical and experimental research of the flow with heat output to the wall cavities of rotation specific for the aircraft power plants is performed, a reliable mathematical model of heat output to the wall in rotation cavities is proposed, the model provides the reliable determination of the hydraulic and thermal parameters.

Keywords: power plant, the flow with heat output to the wall, hydraulic parameters, thermal parameters.

Основные результаты экспериментальных и теоретических исследований являются новыми и заключаются в следующем: предложен и исследован новый

профиль распределения скорости в поперечном сечении потока; получен закон трения для градиентного профиля распределения скорости; впервые получен