Численное моделирование формирования пленки охладителя при вдуве в сверхзвуковой поток

Автор: Анна Александровна Колесова

Соавторы: Колесова Е.Г., Жорник М.Н., Веретенников С.В.

Организация: Рыбинский государственный авиационный технический университет имени П.А. Соловьева

 Большинство работ посвященных изучению пленочного охлаждения, представляют собой результаты экспериментальных исследований проведенных на плоской поверхности с различными сочетаниями углов, форм отверстий и их взаимного расположения друг относительно друга. Причем практически все работы такого типа посвящены исследованию эффективности пленочного охлаждения при дозвуковом течении основного потока. Однако в инженерной практике случаются случаи, когда режим течения при обтекании профиля лопаток переходит сверхзвуковой барьер, что особенно актуально для поверхности спинки высокоперепадных турбин. Изучению данной проблемы и посвящена данная работа.

В обеспечение экспериментальных исследований по данной теме в работе выполнено численное исследование в ANSYS с рекомендациями из [1,2]. Расчеты выполнены на выпуклой поверхности, форма которой повторяет поверхность лопатки двигателя и обеспечивает сверхзвуковой режим течения в канале, а также структуру течения в реальном межлопаточном канале на расстоянии в 20 калибров (20d) от выдува отверстий перфорации. Перед сужающимся участком основного канала, выполнены отверстия для выдува вторичного воздуха моделирующие отверстия перфорации на спинке сопловой лопатки. В работе исследованы следующие формы отверстий расположенные по углом 30° к поверхности основного канала: 1 - цилиндрические отверстия; 2 - веерные отверстия fan-shape с длиной расширяющегося участка 1d; 3 - отверстия laidback; 4 - отверстия fan-shape с длиной расширяющегося участка 3d; 5 - с отверстиями fan-shape laidback (длина расширяющегося участка fan-shape – 2d, laidback – 1d). Все отверстия имеют диаметр 0,8 мм и относительный шаг 3,5d.

Результаты расчетов по определению эффективности пленочного охлаждения для разных типов рассмотренных отверстий и параметрах вдува m=1 и 2 представлены на рисунке 1.

Рисунок 1. Эффективность пленочного охлаждения при a – m=1, б – m=2.

1 – отверстия №1; 2 - №2; 3 - №3; 4 - №4; 5 - №5.

Эффективность пленочного охлаждения при параметре вдува m<1.5 на отверстиях различной формы практически идентичны, при m>1.5 отверстия 4 и 5 имеют наибольшую эффективность.

Список литературы:

1)        Колесова А.А. Расчетно-экспериментальное исследование пленочного охлаждения / А.А. Колесова, С.В. Веретенников Тезисы докладов ⅩⅬⅤⅠ Международной молодежной научной конференции «Гагаринские чтения - 2020»: Сборник тезисов докладов. – М.: МАИ. 2020 – 160 с.

2)       Халатов А.А. Термогазодинамика сложных потоков около криволинейной поверхностей / А.А. Халатов, И.В. Шевчук, А.А Авраменко, С.Г. Кобзарь, Т.А. Железная // К.: Изд. Ин-та технической теплофизики НАН Украины. 1999 – 134 с.