Использование синтетических струй для уменьшения тепловых потоков в межтурбинном канале перспективного ТРДД
Автор: Валерия Геннадьевна Белова
Соавторы: В.А. Степанов, А.Ю. Чирков
Организация: ФГУП «Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова»
Синтетические струи с нулевым расходом газа являются перспективным активным средством управления течением в каналах ТРДД, с помощью которых можно добиться значительного сокращения потерь полного давления, за счет полной или частичной ликвидации отрывных зон. Для создания синтетических струй используется генератор синтетических струй (ГСС) (рис.1), который представляет собой независимую систему управления потоком, для его работы не требуется дополнительный расход воздуха, необходимо только подать энергию для возбуждения колебаний в пристеночной полости [1]. При работе ГСС увеличивается полный импульс пристеночного потока за счет роста скорости движения, отрыв потока при этом сокращается, и как следствие снижается тепловая нагрузка, так как в отрывных зонах тепловой поток в стенку значительно больше.
В данной работе расчет проводился в программном комплексе ESI-ACE+ с описанием газодинамических процессов в полости блоков ГСС с использованием URANS-методов в сочетании с SST-моделью турбулентности. При расчете использовалась модель реального воздуха с переменной теплоемкостью и температурой набегающего потока 1000К, которая соответствует приблизительной температуре потока на входе в переходный канал между турбиной высокого и низкого давления. Была выбрана система управления потоком из трех блоков ГСС с выдувом синтетических струй под углом 450 с частотой 1 кГц, расположенных последовательно в начале предполагаемой отрывной зоной на наклонном участке переходного канала [2]. В области отрыва с внешней стороны стальной стенки толщиной 3 мм задавалась температура 500К.
Расчетные исследования в модельном диффузорном канале с системой управления потоком показали, что при увеличении числа Маха на входе отрыв увеличивается и тем самым увеличивается тепловой поток в стенку в зоне обратного течения (рис. 2). При работе ГСС осредненное значение теплового потока в стенку за период меньше, чем без работы ГСС. Вследствие этого можно сделать вывод о том, что ГСС помогает не только сократить значение потерь в канале, но и уменьшить тепловую нагрузку на отдельные элементы конструкции.
Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ 18-08-00271.
Список литературы:
1. Белова В.Г., Макаров А.Ю., Маслов В.П.,Степанов В.А. Проектирование блоков генераторов синтетических струй и экспериментальные исследования нестационарного истечения струй с помощью PIV-метода. Инженерный журнал: Наука и инновации, 2018, вып. 3.
2. Белова В.Г., Степанов В.А. Многопараметрические расчетные исследования генератора синтетических струй для активного управления течением в переходном канале. Инженерный журнал: Наука и инновации, 2018, вып. 4.
