Обратная аэродинамическая задача для оптимального проектирования кольцевых диффузорных каналов турбомашин

Abstract

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.05.16 – турбомашины и турбоустановки. – Национальный технический университет "Харьковский политехнический институт", Харьков, 2015. Диссертация посвящена разработке метода решения прямой и обратной задач для кольцевых диффузорных каналов при условии осевой симметрии течения. Метод предназначен для использования при оптимальном проектировании переходных и выходных диффузорных каналов турбомашин. В разработанном методе прямая и обратная задачи разделены на задаваемое число отдельных подзадач, независимых друг от друга, которые можно решать в любой последовательности или одновременно, что обеспечивает возможность контроля формы любого участка проектируемого канала и позволяет значительно сократить время проектирования. Отдельные подзадачи решаются методами нелинейного программирования, что не требует хранения существенных объемов информации. Разработаны методика оптимального проектирования кольцевых диффузоров на основе обратной задачи и комплекс компьютерных программ для решения прямой и обратной аэродинамических задач и задач оптимизации. С помощью решения прямых задач определены распределения параметров потока по радиусу в межвенцовых и межступенчатых зазорах осевой турбины, что открывает перспективы оптимального проектирования многоступенчатых отсеков турбин по зазорам совместно с переходными или выходными кольцевыми диффузорными устройствами. Используя методику оптимального проектирования кольцевых диффузоров, спроектирован высокоэффективный безотрывной диффузор при заданных степени расширения, осевом и радиальном габаритах. Диффузор мало чувствительный к изменению режимных параметров в диапазонах, характерных для выходных диффузоров компрессоров и энергетических газовых турбин, имеет низкий уровень коэффициента полных потерь и осевой габарит, который меньше на 20% предельного осевого габарита предотрывного диффузора с прямолинейными обводами и такой же степенью расширения.Thesis for degree of Candidate of Sciences in Technique for speciality 05.05.16 – turbomachine and turbine-installations. – National Technical University "Kharkiv Polytechnical Institute", Kharkiv, 2015. The thesis is devoted to development of method for direct and inverse aerodynamic problems solution for annular transition and exhaust ducts of turbomachine, which takes into account the organization of computing processes of optimal design. The direct and inverse problems are divided into separate subproblems, independent of each other, which can be solved in any order or simultaneously, providing the ability to control form any region of the projected duct, and permit significantly reduce design time. Individual subproblems are resolved nonlinear programming methods that do not require significant amounts of information storage. Based on the method of inverse problem of optimum design of diffusers was developed. Designed diffuser with degree of expansion – two, axial and radial dimensions and curved outline, which has in-separation flow, low losses and low sensitivity to changes in operating condition in the ranges typical for exhaust diffuser compressors and power gas turbines, and its axial dimension to 20% lower limit value of the axial dimension to prior to separation diffuser with straight outline and the same degree of expansion.