Влияние нагрева (охлаждения) плоской пластины на структуру пограничного слоя при обтекании ее высокотемпературным потоком

Обеспечение надежности турбоустановки и ее отдельных элементов — важный этап проектирования. При этом большое внимание уделяется вибрационной надежности рабочих лопаток. Причиной вибраций является неоднородность потока, создаваемая, в частности, аэродинамическими следами за сопловыми лопатками. При высоком уровне динамических напряжений возможны поломки лопаток. Однако в научной литературе отсутствуют сведения, подтверждающие влияние сверхвысоких начальных температур на интенсивность аэродинамических следов. Исследован пограничный слой на пластине, обтекаемой высокотемпературным потоком, определены зависимости параметров в этом слое. Исследование состоит из двух частей. В первой части рассмотрена модель пластины без охлаждения, во второй — с охлаждением. Численный эксперимент проводился в программной среде SolidWorks с встроенным модулем FlowWorks. Учитывая специфику пристеночных течений, достоверность получаемых результатов проверялась с помощью программы STAR-CCM+v9.02.005. Расчеты показали, что изменение начальной температуры, а также добавление охлаждения пластины сильно влияют на параметры пограничного слоя. Результаты исследований могут быть использованы при разработке конструкций сверхвысокотемпературных паровых турбин с охлаждаемыми лопатками. ты эксперимента подтвердили корректность принятых при расчете допущений.

Литература

[1] Федоров В.А., Мильман О.О., Шифрин Б.А. Высокоэффективные технологии производства электроэнергии с использованием органического и водородного топлива. Москва, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2007. 116 с.

[2] Светлицкий В.А. Статистическая механика и теория надежности. Москва, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004. 503 c.

[3] Клименко А.В., Зорин В.М. Теплоэнергетика и теплотехника: общие вопросы. В 4 кн. Кн. 1. Москва, МЭИ, 2000. 507 с.

[4] Быков Ю.А. Численное моделирование аэроупругости в решетке охлаждаемых лопаток. Авиационно-космическая техника и технология, 2010, № 5(72), с. 59–63.

[5] Радциг А.Н. Экспериментальная гидроаэромеханика. Москва, МАИ, 2004. 274 с.

[6] Лапин Ю.Д., Поварнев М.В. Проблемы внутреннего охлаждения лопаток высокотемпературной паровой турбины. Cб. ст. Разработка научных основ проектирования электростанций с высокотемпературными паровыми турбинами. Москва, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2009. 300 с.

[7] Александров В.Ю., Климовский К.К. Измерение полного давления в относительном движении потока за рабочим колесом лопаточной машины. Вестник машиностроения, 2013, № 12, с. 13–17.

[8] Лобанов И.Е. Теплообмен при турбулентном течении в плоских каналах с равномерно расположенными поверхностными односторонними турбулизаторами потока. Вестник машиностроения, 2012, № 8, с. 13–17.

[9] Ванчиков А.В., Ванчиков В.Ц. Использование свойств граничного слоя вязкой несжимаемой жидкости в технологии машиностроения. Вестник машиностроения, 2012, № 3, с. 27–29.

[10] Жуков В.А. Комплексный критерий совершенства систем жидкостного охлаждения энергетических установок и технологического оборудования. Вестник машиностроения, 2011, № 12, с. 86–89.

[11] Афанасьев В.Н., Бурцев С.А., Егоров К.С., Кулагин А.Ю. Цилиндр в пограничном слое плоской пластины. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение, 2011, № 2, с. 3–22.