801. Стародубцев Юрій Володимирович. Математичне моделювання турбулентної в'язкої течії у вхідних відсіках турбомашин: дис... канд. техн. наук: 05.05.16 / Національний технічний ун-т "Харківський політехнічний ін-т". - Х, 2004.
Анотація до роботи:
Стародубцев Ю.В. Математичне моделювання турбулентної в’язкої течії у вхідних відсіках турбомашин – Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.05.16 – турбомашини та турбоустановки. – Національний технічний університет “Харківський політехнічний інститут”, Харків, 2004.
Дисертаційна робота присвячена розробці метода розрахунку в’язких турбулентних течій через вхідні відсіки турбомашин для оцінки і підвищення ефективності роботи вхідних відсіків. Уперше створено програмний комплекс для розв’язання осереднених рівнянь Нав’є-Стокса з застосуванням “ниткового” розщеплення розрахункового методу, який дозволяє ефективно розпаралелити обчислення у довільних сіткових областях на багатопроцесорних обчислювальних системах. Для розрахунків застосовано сучасну неявну різницеву схему 2-го порядку з факторизацією у просторі. Для моделювання турбулентних ефектів застосовано диференціальні моделі турбулентності Ментера і Спаларта-Аллмараса. Виконано тестування розробленого методу на модельних і промислових задачах. Розвинуто секторний підхід до моделювання в’язкої турбулентної течії у вхідному відсіку турбіни. Чисельно вирішено задачу про тривимірну турбулентну течію через вхідний відсік потужної турбіни, складений з патрубка і каналів підключеного ступеня. Одержано задовільний збіг чисельних результатів з експериментальними даними проф. І.Г.Гоголєва для вхідного відсіку одноступеневої газової турбіни. Вказано і апробовано напрям пошуку оптимальної форми меридіонального обводу входу в 1-ий ступень. На прикладі потужної парової турбіни одержано підвищення ККД вхідного відсіку.
Дисертаційна робота пов’язана з рішенням науково-практичної задачі створення обчислювальної моделі відсіку турбомашини, дослідження аеродинаміки відсіку і зазначення способу раціонального проектування підведень робочого тіла до першого ступеня осьової турбіни з метою аеродинамічного удосконалення вхідного відсіку турбомашини.
Найбільш важливі наукові і практичні результати роботи:
На підставі огляду показано актуальність задачі удосконалення вхідного відсіку чисельними методами на основі осереднених тривимірних рівнянь Нав’є-Стокса.
Огляд чисельних методів для рівнянь Нав’є-Стокса показує доцільність застосування алгоритму Біма-Уормінга, різницевої схеми М.Я.Іванова, модифікації С.В.Єршова на основі ENO-реконструкції газодинамічних параметрів в комірках.
Огляд моделей турбулентності в рамках підходу Бусінеска вказує на перевагу моделі Ментера перед відомими моделями турбулентності для більшості течій, другою по якості моделювання є модель Спаларта –Алмараса.
Вперше запропонована економічна «ниткова» організація методу на неструктурованих гексаедральних сітках у довільних областях, що дозволяє з високою ефективністю розпаралелити обчислювальний метод.
На тестових прикладах показана ефективність розробленого програмного комплексу в широкому діапазоні режимів для областей із складною геометрією меж і розвинутими відривами.
Розроблено секторний підхід до моделювання в’язкої течії у вхідному відсіку турбіни, показано спільність підходу до рішення задач про течію в’язкого газу через пристрої із складною різномасштабною геометрією.
На основі секторного підходу створено чисельну модель вхідного відсіку, обгрунтовано розміщення поверхонь інтерфейсу між секціями відсіку, процедуру обміну даними між патрубком і ступенем, запропоновано метод автоматичної адаптації кутових розмірів секторів до аеродинамічних умов в області інтерфейсу.
Вперше чисельно розв’язано задачу про тривимірну турбулентну течію через вхідній відсік парової турбіни, складений з вхідного патрубка і підключеного ступеня; виявлено високий рівень втрат кінетичної енергії на вхідній поворотній ділянці перед СА, а також його істотний вплив на втрати безпосередньо в каналі СА.
При тестуванні секторного підходу одержано задовільну відповідність чисельних результатів експериментальним даним І.Г.Гоголева (БІТМ) для вхідного відсіку одноступеневої газової турбіни.
Досліджено вплив геометрії вхідної ділянки соплового апарату на роботу 1-ого ступеня парової турбіни; проаналізовано залежність ККД ступеня від кутів натікання течії при різних конфігураціях вхідної ділянки; вивчено механізм дії форми меридіонального обводу вхідної радіально-осьової ділянки СА на втрати в проточній частині ступеня.
Вказано і апробовано напрям пошуку оптимальної форми меридіонального обводу входу в 1-ий ступінь; шляхом пошуку раціональної форми одержано варіант відсіку із зниженням рівня втрат в середньому на 1.9%, і підвищенням ККД на .
Основні наукові положення і результати дисертаційної роботи мають теоретичне і практичне значення при розробці і модернізації турбомашин і впроваджені на кафедрі «Турбінобудування» НТУ «ХПІ» при виконанні субпідрядних робіт по модернізації турбіни 109-33.5 фірми «General Electric», в ВАТ «Сумське НВО ім. Фрунзе» в розрахунках проточної частини турбодетандера, в держпідприємстві «НВК ГТ «Зоря-Машпроект» в розрахунках проточної частини вихлопів ГТД, ГПА, ГТЕ.
Публікації автора:
Солодов В.Г., Стародубцев Ю.В. Бухолдин Ю.С., Левашов В.А. Аэродинамическое совершенствование проточной части входного и выходного устройств осерадиального компрессора// Совершенствование турбоустановок методами математического и физического моделирования. Сборник научных трудов. – Харьков: ИПМаш НАН Украины. – 2000. – С. 271–276.
Здобувачем розроблено чисельні моделі вхідного і вихідного патрубків ГПА, виконано розрахунки течій у цих пристроях і проаналізовані отримані результати.
Солодов В.Г., Стародубцев Ю.В. Солвер для решения трехмерных нестационарных задач внутренней газодинамики// Вестник Харьковского государственного автомобильно-дорожного технического университета. Сборник научных трудов. – Харьков: ХГАДТУ – 2000. – Вып. 12–13. – С. 103–105.
Здобувачем виконано програмна реалізація розрахункового алгоритму на мові С++ з використанням об’єктно-орієнтованого підходу, розроблено моделі тестових прикладів і виконано їх розрахунок.
Солодов В.Г., Стародубцев Ю.В. Математическое моделирование сжимаемых вязких турбулентных течений в каналах сложной формы // Вестник Харьковского государственного политехнического университета. – Харьков: ХГПУ – 2001. – Ч.2, №129 – С. 282–290.
Здобувачем виконано розрахунки представлених моделей газодинамічних елементів турбомашин, отримано залежності інтегральних параметрів течій від режимних умов.
Солодов В.Г., Стародубцев Ю.В., Исаков Б.В., Петельчиц В.В., Федан В.Т., Исследование газодинамики выхлопного газоотвода ГТУ // Авиационно-космическая техника и технология. Сборник научных трудов. – Харьков: «ХАИ» – 2002. – Вып.27 – С. 26–34.
Здобувачем розроблено чисельну модель коліноподібного вихлопу газової турбіни, докладно проаналізовано просторову структуру течії, виконано зіставлення з експериментом.
Солодов В.Г., Стародубцев Ю.В. Опыт моделирования сжимаемых вязких турбулентных течений во входных и выходных устройствах турбин // Проблемы машиностроения – Харьков: ИПМаш НАН Украины – 2002 –Т.5, №1 – С. 29–38.
Здобувачем виконано побудову і розрахунки представлених моделей газодинамічних елементів турбомашин зі складною геометрією, проаналізовано просторову структуру течій.
Стародубцев Ю.В. Аэродинамическое совершенствование паровпуска цилиндра низкого давления паровой турбины на основе трехмерного моделирования // Вестник Национального технического университета Украины «Киевский политехнический институт». – Киев: НТУУ «КПИ» – 2002 – Т.2, №42. – С. 99–102.
Солодов В.Г., Стародубцев Ю.В., Хандримайлов А.А., Исаков Б.В., Федан В.Т. Трехмерное моделирование вязкого турбулентного течения в выхлопном диффузоре ГТД с кольцевым теплообменником// Совершенствование турбоустановок методами математического и физического моделирования. Сборник научных трудов. – Харьков: ИПМаш НАН Украины – 2003. – С. 225–229.
Здобувачем розроблено математичну модель вихідного дифузору ГТД з 9 стійками, кільцевим теплообмінником і збірною камерою, виконано розрахунки течій і зіставлення з експериментом.
Стародубцев Ю.В. Численное моделирование вязкого турбулентного течения во входном отсеке ЦНД турбомашины. II. Исследование варианта паровпуска ЦНД мощной паровой турбины// Совершенствование турбоустановок методами математического и физического моделирования. Сборник научных трудов. – Харьков: ИПМаш НАН Украины – 2003. – С. 236–239.
Солодов В.Г., Стародубцев Ю.В. Численная модель вязкого турбулентного течения в отсеке осевой турбины «Входной патрубок – Первая ступень» // Вестник Сумского государственного университета. Научный журнал. – Сумы: СумДУ – 2003. – №12(58). – С. 128-134.
Здобувачем розроблено математичну модель вхідного відсіку ЦНТ парової турбіни, отримано окружну нерівномірність параметрів на вході і втрат енергії в каналах першого ступеня.
Солодов В.Г., Стародубцев Ю.В. Опыт моделирования сжимаемых вязких турбулентных течений в элементах промышленного и энергетического оборудования // Вестник Харьковского национального автомобильно-дорожного университета. – 2004. – №25. – С. 77–94.
Здобувачем виконано побудову і розрахунки представлених моделей газодинамічних елементів турбомашин зі складною геометрією, проаналізовано просторову структуру течій.
Гоголев И.Г., Солодов В.Г., Стародубцев Ю.В. Экспериментальное и численное исследование вязкого турбулентного течения во входном отсеке газовой турбины // Вестник двигателестроения. – Запорожье: ОАО «Мотор Сич» – 2004. – №2 – С.47-50.
Здобувачем розроблено математичну модель вхідного відсіку газової турбіни, виконано розрахунки і проведено зіставлення з експериментом.
Солодов В.Г., Стародубцев Ю.В. Опыт моделирования сжимаемых вязких турбулентных течений во входных и выходных устройствах турбомашин // Вестник Национального технического университета Украины «Киевский политехнический институт». – Киев: НТУУ «КПИ» – 2002. – Т.2, №42. – С. 147–155.
Здобувачем виконано побудову і розрахунки представлених моделей газодинамічних елементів турбомашин зі складною геометрією, розраховано інтегральні характеристик досліджених пристроїв.
Солодов В.Г., Стародубцев Ю.В. Исаков Б.В., Федан В.Т. Экспериментальное и численное исследование аэродинамики выхлопного газоотвода ГТУ // Вестник Национального технического университета Украины «Киевский политехнический институт». – Киев: НТУУ «КПИ» – 2002 – Т.1, №42. – С. 22–26.
Здобувачем розроблено чисельну модель коліноподібного вихлопу ГТУ, проаналізовано просторову структуру течії, виконано зіставлення з експериментом по інтегральним втратам енергії і локальним розподілам параметрів.
Солодов В.Г., Стародубцев Ю.В. Численное моделирование вязкого турбулентного течения во входном отсеке ЦНД турбомашины. I. Постановка задачи и секторный подход к моделированию // Совершенствование турбоустановок методами математического и физического моделирования. Сборник научных трудов. – Харьков: ИПМаш НАН Украины – 2003. – С. 230–235.
Здобувачем розроблено математичну модель вхідного відсіку ЦНТ парової турбіни, що складається з вхідного патрубку і підключеного ступеня, проведено аналіз просторової течії в елементах відсіку.
Rusanov A.V., Solodov V.G., Starodubtsev Yu.V., Yershov S.V. Тhe Uniform Numerical Technique for Multiblock СFD Solver// – Proceedings of 5th International Symposium on Experimental and Computational Aerothermodynamics of Internal Flows. – Gdansk: Institute of Fluid-Flow Machinery of Polish Academy of Sciences – 2001. – Р.139–147.
Здобувачем впроваджено в розроблений програмний комплекс запропонований підхід і виконано розрахунки тестових задач, що демонструють його працездатність.
Solodov V.G., Starodubtsev Yu.V., Isakov B.V., Fedan V.T. Experimental and numerical study of gas dynamics of exhaust pipe of gas turbine unit // Proceedings of SYМKOM-2002, Turbomachinery. – 2002. – P. 122–132.
Здобувачем розроблено чисельну модель вихлопу ГТУ з 13 стійками різної геометрії, проаналізовано просторову структуру течії, виконано зіставлення з експериментом.
Solodov V.G., Starodubtsev Yu. V. Numerical model of viscous turbulent flow in “inlet pipe – 1st stage” compartment of power steam turbine // Transactions of the institute of fluid-flow machinery – Poland, Gdansk – 2003. – №114 – P. 191–200.
Здобувачем розроблено математичну модель вхідного відсіку ЦНТ парової турбіни, отримано окружну нерівномірність параметрів на вході і втрат енергії в каналах першого ступеня.
Solodov V.G., Starodubtsev Yu.V., Isakov B.V., Fedan V.T. Experimental and Numerical Study of Gas Dynamics of Exhaust Pipe of Gas Turbine Unit // Journal of Thermal Sciences. – 2004. – №1. – P. 31–37.
Здобувачем розроблено математичну модель вихідного дифузору ГТД з 9 стійками, кільцевим теплообмінником і збірною камерою, виконано розрахунки течій і зіставлення з експериментом.
