ТЕХНІЧНА МЕХАНІКА
ISSN 1561-9184 (друкована версія), ISSN 2616-6380 (електронна версія)

ГОЛОВНА    ПРО ЖУРНАЛ    РЕДКОЛЕГІЯ    АВТОРАМ    ПОТОЧНИЙ ВИПУСК    АРХІВ    КОНТАКТИ

УДК 519.6:621.51

Технічна механіка, 2019, 5, 57- 67

АЕРОДИНАМІЧНЕ ВДОСКОНАЛЮВАННЯ РОБОЧИХ КОЛІС ВІДЦЕНТРОВИХ КОМПРЕСОРНИХ СТУПЕНІВ

Кваша Ю. О., Зіневич Н. А.

Кваша Ю. О.
Інститут технічної механіки Національної академії наук України і Державного космічного агентства України,
Україна

Зіневич Н. А.
Інститут технічної механіки Національної академії наук України і Державного космічного агентства України,
Україна

      Робота присвячена розвитку підходів до оптимального аеродинамічного проектування відцентрових компресорних ступенів, що обумовлено практикою їх застосування в компресорах сучасних авіаційних газотурбінних двигунів та енергоустановок. Ціль роботи – побудова і перевірка працездатності методики аеродинамічного вдосконалення робочих коліс відцентрових компресорних ступенів. Як основний метод застосовується числове моделювання просторових турбулентних газових течій у відцентрових колесах на основі повних осереднених рівнянь Нав’є–Стоксу й двопараметричної моделі турбулентності. Особливостями використовуваного підходу до оптимізації є: варіювання просторової форми лопаті відцентрового колеса при незмінному положенні її вхідної і вихідної частини для мінімізації впливу варіювання на робочий діапазон зміни витрати повітря через колесо і параметри течії на виході з колеса; формулювання критеріїв якості як осереднених за витратою повітря величин енергетичних характеристик робочого колеса; пошук раціональних значень геометричних параметрів лопаті відцентрового колеса шляхом систематичного перегляду області незалежних змінних у точках, що утворюють рівномірно розподілену послідовність. В результаті проведеного дослідження розрахунковим шляхом показано, що використання пропонованої методики дозволяє помітно збільшити ступінь стиску в відцентровому колесі при збереженні величини його адіабатичного коефіцієнта корисної дії (ККД) в робочому діапазоні зміни витрати повітря через колесо. Цей висновок отримано при використанні досить "грубої" розрахункової сітки, що зберігає, проте, чутливість результатів розрахунку до зміни форми лопаті відцентрового колеса. Достовірність цього висновку підтверджено подальшим розрахунком енергетичних характеристик початкового і модифікованого колеса на детальнішій розрахунковій сітці. В цілому продемонстровано, що зміна форми лише середньої частині лопаті відцентрового колеса є досить сильною дією, що істотно впливає на ступінь стиску повітря в колесі і що практично не позначається на його ККД. Отримані в роботі результати можуть бути використані при аеродинамічній оптимізації відцентрових ступенів авіаційних газотурбінних двигунів.

аеродинамічне вдосконалення, робоче колесо, просторова форма лопаті, відцентровий компресорний ступінь, числове моделювання, енергетичні характеристики

1. Benini E., Giacometti S. Design, manufacturing and operation of a small turbojet-engine for research purposes. Applied Energy. 2007. Vol. 84. P. 1102–1116.

2. Рекстин А. Ф., Галеркин Ю. Б. Особенности первичного проектирования малорасходных центробежных компрессорных ступеней. Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение. 2018. Т. 20. № 2. С. 43–54.

3. Poursadegh F., Hajilouy A., Nili M. A novel quasi-3d design method for centrifugal compressor impeller on the blade-to-blade plane. Proc. of ASME TURBO EXPO 2011. (Vancouver, June 6–10, 2011). Vancouver, British Columbia (Canada), 2011. 8 p.

4. Xiaomin Liu, Wenbin Zhang. Two schemes of multi-objective aerodynamic optimization for centrifugal impeller using response surface model and genetic algorithm. Proc. of ASME TURBO EXPO 2010. (Glasgow, June 14–18, 2010). Glasgow (UK), 2010. 13 p.

5. Jin-Hyuk Kim, Jae-Ho Choi, Kwang-Yong Kim. Design optimization of a centrifugal compressor impeller using radial basis neural network method. Proc. of ASME TURBO EXPO 2009. (June 8–12, 2009). Orlando, Florida (USA), 2009. 9 p.

6. Васильев Ю. С, Галеркин Ю. Б., Солдатова К. В. Оптимизация проточной части турбомашин (на примере центробежных компрессоров). Проблемы энергетики. 2011. № 9–10. С. 105–117.

7. Noll B. Evaluation of a Bounded High-Resolution Scheme for Combustor Flow Computations. AIAA J. 1992. Vol. 30. № 1. P. 64–69.

8. Рублевский Е. Ю., Плакущий Д. А., Письменный В. И., Кваша Ю. А. Численное исследование двухступенчатого вентилятора. Вестник двигателестроения. 2013. № 2. С. 169–176.

9. Письменный В. И., Кваша Ю. А. Расчет трехмерного турбулентного потока воздуха в центробежной ступени компрессора. Техническая механика. 2004. № 2. С. 94–99.

10. Соболь И. М., Статников Р. Б. Выбор оптимальных параметров в задачах со многими критериями. М.: Наука, 1981. 110 с.

11. Кваша Ю. А., Зиневич Н. А. К выбору расчетных сеток при численном моделировании пространственных турбулентных течений в рабочих колесах сверхзвуковых компрессорных ступеней. Техническая механика. 2013. № 3. С. 34–41.

12. Кваша Ю. А., Зиневич Н. А. К интерполяции целевой функции при оптимизации технических систем. Техническая механика. 2018. № 2. С. 71–78.

Copyright (©) 2019 Кваша Ю. О., Зіневич Н. А.

Copyright © 2014-2019 Технічна механіка