Библиографическое описание:

Ахмедзянов Д. А., Михайлова А. Б., Кишалов А. Е. Проведение замеров параметров потока в условиях трёхмерного турбулентного течения в элементах энергоустановок // Молодой ученый. — 2011. — №1. — С. 12-15. — URL https://moluch.ru/archive/24/2493/ (дата обращения: 13.12.2017).

При проведении испытаний газотурбинных энергоустановок (ГТЭУ) встают вопросы о проведении достаточно точных замеров для определения интегральных характеристик изделий.

Данная статья посвящена проблемам нахождения среднеинтегральных характеристик в условиях сложного трёхмерного турбулентного течения. Как пример подобного течения – течения в и за основными узлами установок (компрессор, турбина и т.д.). При этом, чем дальше исследуемое сечение по тракту, тем более сложным становится течение.

Применение современных программных комплексов для трёхмерного термогазодинамического моделирования (ANSYS CFX, StarCD) особой ясности в данном вопросе не вносит, так как для достаточно точного расчёта течения на выходе из ГТЭУ, требует сквозного расчёта, что требует гигантских вычислительных мощностей.

Для энергоустановок (как для проектируемых, так и конвертированных) вопрос проведения замеров стоит ещё жёстче – газовоздушный тракт на выходе должен создавать минимальное гидравлическое сопротивление во всём диапазоне работы [1, 2]. Поэтому от качества замеров и точности определения интегральных характеристик потока зависит «качество» выхлопного тракта, количество безвозвратных потерь и в конечном итоге – экономичность энергоустановки / перекачивающего узла [4].

Определению интегральных характеристик потока по результатам замеров (полное давление, полная температура, скорость, расход и т.д.) посвящено множество академических трудов, предложено множество методик осреднения параметров потока (по площади, по расходу, по импульсу и т.д.). В основном данные методики применимы (написаны) для осреднения течений в кольцевых каналах.

Применительно к сечению на выходе из улитки [3] данные методики требуют установки в поток достаточно частой «сетки (решётки)» датчиков (по всей площади сечения). Чем чаще будут стоять датчики (количество точек замеров), тем более точно будет определены интегральные характеристики потока. В данном случае важным (критичным) является измерение полей полных давлений, однако каждый датчик создаёт дополнительное сопротивление в потоке, влияет на него. Чем больше точек замеров используется, тем большая погрешность вносится в эксперимент. Также существенным недостатком данной методики является то что, поток на выходе из узла является сложным, трёхмерным и высокотурбулизированным и направление потока будет существенно меняться. Это необходимо учитывать при обработке результатов замеров (с учётом того, что обычно пневмогребёнки (трубки Пито) имеют некоторый угол нечувствительности). На рисунке 1 приведена схема затурбинного диффузора и улитки газотурбинного привода (ГТП).

На рисунках 2, 3 приведены расчётные (Ansys 11.0 CFX) линии тока в диффузоре и улитке (без учёта и с учётом закрутки на входе в диффузор).


Рисунок 1. Схема затурбинного диффузора и улитки ГТП

Рисунок 2. Линии тока на модели без закрутки на входе

Рисунок 3. Линии тока на модели с углом закрутки на входе 10°


Этой «методической» погрешности можно избежать, применяя для замеров не простые гребёнки, а так называемые угломеры (устройства состоящего из трёх трубок Пито в одном поясе замера, установленные с углом 42° между ними), схема представлена на рисунке 4.

Рисунок 4. Схема угломера


Каждый угломер должен пройти калибровку, должны быть установлены его индивидуальные характеристики (рисунок 5). В ходе калибровки угломер устанавливается в поток, характеристики которого установлены (известны) с углами установки α = 0…50° относительно оси потока с выбранным шагом, например 10°, замерялись давления в каждой из трубок, рассчитывалось отношение замера и давления потока на входе .

Рисунок 5. Изменение значений , , в зависимости от угла установки «Угломера» относительно оси потока



Кривые , , (рисунок 5) заменены (описываются) следующими полиномами:

1) ;

2) ;

3) .

Получив при измерениях давления с каждой трубки (Р1, Р2, Р3) (по полиномам 1 и 2) определяется значение α (угол набегания потока на угломер) и «настоящее» полное давление («точка замера»). При помощи постановки найденных значений α и в полином 3 отсеиваются «промахи». Затем показания всех угломеров установленных в потоке обрабатываются по одной из методик осреднения (по площади, по расходу и т.д.). Проводя измерения таким образом, вносится влияние замеров на поток, но повышая информативность измерений (при помощи угломера), удаётся сократить количество точек замеров и тем самым уменьшить влияние на поток.


Литература:

  1. Ахмедзянов Д.А, Кишалов А.Е. Расчёты сложных геометрических моделей узлов авиационных ГТД в программном комплексе ANSYS CFX / Вестник УГАТУ, Уфа, 2009. Т.13, №1 (34). – С.48-57.

  2. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям / Под ред. М.О. Штейнберга. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1992. – 672 с.

  3. Кишалов А.Е., Ахмедзянов Д.А., Козловская А.Б. Моделирование работы выхлопной системы газотурбинного привода в СИМ DVIGwp/ Альманах современной науки и образования. – Тамбов, 2009. №6(25) – С.12-17.

  4. Ольховский Г.Г. Энергетические газотурбинные установки. – М.: Энергопромиздат, 1985. –304 с.

Основные термины (генерируются автоматически): нестационарного турбулентного потока, параметров газового потока, интегральных характеристик потока, параметров потока, трёхмерного турбулентного течения, слое нестационарного турбулентного, измерении параметров газового, пограничном слое нестационарного, замеров параметров потока, определения интегральных характеристик, точек замеров, количество точек замеров, оси потока, осреднения параметров потока, полного факторного эксперимента, Применение полного факторного, параметров автотранспортного потока, интегральные характеристики потока, методик осреднения, угол набегания потока.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle
Задать вопрос