Метод расчетно-теоретического исследования структуры течения и характеристик ступеней центробежных нагнетателей

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 г. В диссертации разработан метод расчетно-теоретического исследования структуры течения и характеристик ступеней центробежных нагнетателей с радиальными лопатками рабочих колес, который позволяет определять в широком диапазоне режимов работы суммарные характеристики и структуру осредненного в окружном направлении сжимаемого дозвукового течения в проточной части, включая межлопаточные каналы. Для учета вязких эффектов использованы обобщенные полуэмпирические зависимости, используемые при анализе течения в центробежных нагнетателях. Данный метод расчета позволяет учитывать геометрические особенности радиальных рабочих колес с лопатками, образованными цилиндрическими и коническими поверхностями, безлопаточных и лопаточных диффузоров, обратных направляющих аппаратов. На основе предложенного метода разработан программный комплекс AxCB, который позволяет проводить численный анализ двумерного дозвукового течения в ступенях центробежных нагнетателей, определять поля газотермодинамичних параметров потока газа и суммарные характеристики ступеней, а также их отдельных элементов. Верификация разработанного метода расчета показала удовлетворительную точность согласования результатов численных исследований течений в криволинейных каналах, рабочих колесах, отдельных элементах и ступенях в целом с данными экспериментальных исследований, а также с аналитическим решением. С помощью предложенного метода и ПК AxCB проведено исследование влияния различных геометрических параметров проточной части и лопаточных венцов на структуру течения и суммарные характеристики ступеней ЦБН, а именно формы средней линии и величины геометрического угла выхода лопатки РК, формы меридиональных обводов проточной части и величины геометрического угла лопатки на входе в ЛД, а также различных вариантов исполнения диффузора ступени. На основании выполненного детального анализа предложено усовершенствование геометрических параметров трех ступеней ЦБН с целью повышения их основных параметров. Ступень "А" усовершенствована путем изменения формы средней линии, а также величины конструктивного угла лопатки на выходе из РК, что привело к увеличению коэффициента политропического напора и расширении рабочей зоны характеристики нагнетателя. Модернизация ступени "Б" заключалась в коррекции формы меридиональных обводов проточной части и величины конструктивного угла лопатки на входе в ЛД, что привело к улучшению согласования работы РК и ЛД. После проведения расчетов ряда вариантов проточной части ступени "В", отличающихся используемым диффузором и шириной проточной части, были даны рекомендации по совершенствованию суммарных характеристик ступени, что при-вело к увеличению коэффициента политропического напора и КПД.

Thesis for scientific degree of the Candidate of Sciences (Engineering) on the special-ty 05.05.16 – Turbomachinery and Turboplants. – National Technical University "Kharkiv Politechnical Institute", Kharkov, 2015. The calculation and theoretical studies method of flow structure and characteristics of centrifugal blowers stages with impellers radial vanes was created. It allows determining summary characteristics and 2D flow structure of flow path including blade-to-blade channels in wide range of working regimes. To account for viscous effects generalized semiempirical dependences for centrifugal blowers were used. The proposed method allows taking into account the geometric features of radial impeller with blades that formed by cylindrical and conical surfaces, vaneless and vaned diffusers, reverse guide vanes and gas-path curvilinear contours. The software package AxCB was developed, which allows carrying out the verification of the calculation method. It showed satisfactory accuracy of flow numerical investigation results in the stages with experimental and analytical data. With the proposed method and software package AxCB studies were undertook which dealt with influence of different geometric parameters of flow path and blade rows on the flow structure and stages summary characteristics. On the basis of a detailed analysis modernization of three centrifugal blower stages was proposed to improve their basic parameters or expand the characteristic working area.