Результаты численных исследований неоднородности высокотемпературного потока, вызванной кромочными следами за сопловыми лопатками с пленочным охлаждением

Обеспечение вибрационной надежности лопаточного аппарата турбомашин — одна из основных задач турбостроения. Причиной колебаний рабочих лопаток часто является неоднородность потока, вызванная кромочными следами за сопловыми лопатками. В перспективных паровых и газовых турбинах, которые будут работать при сверхвысоких температурах рабочего тела, эта задача приобретает первостепенное значение. Однако в научной литературе отсутствуют сведения о влиянии способа охлаждения сопловых лопаток на неоднородность потока за ними. Исследовано влияние пленочного охлаждения плоской решетки сопловых профилей на неоднородность высокотемпературного потока, вызванную кромочными следами за решеткой. Исследование состояло из двух частей. В первой части проведено сравнение неоднородности потока за решеткой без охлаждения и с охлаждением. Во второй части исследовано влияние конструкции системы пленочного охлаждения на величину неоднородности потока. Численный эксперимент проведен в программной среде STAR-CCM+v9.02.005. Расчеты показали, что способ охлаждения профилей оказывает существенное влияние на неоднородность высокотемпературного потока. Результаты исследований могут быть использованы при разработке конструкций перспективных паровых и газовых турбин.

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

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

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

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

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

[7] 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.

[8] Lerche A., Moore J.J., Feng Y. Computational modeling and validation testing of dynamic blade stresses in a rotating centrifugal compressor using a time domain coupled fluid-structure computational model. Proceedings of ASME Turbo Expo, 2010, vol. 6, is. pt. A and B, pp. 799–807.

[9] Bladh J.R., Castanier M.P., Pierre C. Component-Mode-Based Reduced order modeling techniques for Mistuned bladed Disks – Part I: Theoretical Models. Journal of Engineering for Gas turbines and Power, 2001, vol. 123, is. 1, pp. 89–99.

[10] Светлицкий В.А. Статистическая механика и теория надежности. Москва, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. 503 с.

[11] Клименко А.В., Зорин В.М., ред. Теплоэнергетика и теплотехника: справочник. Кн. 1. Москва, Изд-во МЭИ, 2000. 507 с.

[12] Радциг А.Н. Экспериментальная гидроаэромеханика. Москва, Изд-во МАИ, 2004. 274 с.

[13] Полникова Т.В. Исследование влияния турбулентности, неравномерности и нестационарности на характеристики сопловых решеток. Дис. … канд. техн. наук. Москва, 1977. 195 с.