Методическое пособие 768
.pdf
-на входе в расчетную область задается постоянный расход. Степень начальной турбулентности 5 %;
-на выходе из расчетной области задаем постоянное давление;
-на всех боковых поверхностях задаем условия адиабатичности;
-для ротора задаем угловую скорость вращения;
Результаты расчетов представлены на рисунках 5.61-5.66.
Сопловой аппарат с коническими соплами и рабочее колесо турбины.
Рис. 5.61. Распределение температуры
Рис. 5.62. Распределение давления
140
Рис. 5.63. Распределение скорости
Сопловой аппарат со сверхзвуковыми лопатками типа В и рабочее колесо турбины.
Рис. 5.64. Распределение скорости
141
Рис. 5.65. Распределение давления
Рис. 5.66. Распределение температуры
По результатам расчетов можно сказать, что в сопловом аппарате со сверхзвуковыми лопатками происходит более равномерное распределение давления по окружности на выходе из соплового аппарата, что ведет к снижению потерь в лопаточном венце и, как следствие к росту экономичности турбины. Поэтому, несмотря на сложную геометрию и технические трудности при создании сопла, эффективнее использовать сопловой аппарат с профилированными лопатками.
142
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Данное учебное пособие содержит сведения об основах гидрогазодинамики. В пособии рассмотрены основные разделы, включающие в себя: гидростатику, гидродинамику и газовую динамику. Изложены основы гидрогазодинамики, включающие в себя определение терминов, основных понятий, выводы уравнений гидростатики и гидрогазодинамических физических величин. Кроме того, рассмотрены вопросы о потерях напора и гидравлических сопротивлений трубопроводов. Подробно описаны различные режимы течения жидкости и движения газов со скачками уплотнения и без них, которые позволят правильно рассчитывать различные технические системы. Основы динамики идеальной несжимаемой жидкости рассмотрены на примерах вихревого движения и обтекания тел различной формы, а также пограничного слоя. Приведенные законы течения газа в диффузорах и эжекторах позволят бакалаврам в своей будущей деятельности применять их в теплотехнологических установках.
Также в пособии приведены сведения о численных методах расчета, которые лежат в основе многих программ инженерного анализа, когда нет возможностей аналитического решения задач гидрогазодинамики. Так, на примере моделирования работы камеры испарения водородного парогенератора и турбопривода представлены используемые модели турбулентности и результаты расчета полей давления, скорости, температур и других значимых параметров, необходимых для дальнейшего конструирования и испытания водородного парогенератора.
143
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1.Лабейш, В. Г. Гидромеханика и газодинамика. Л.: СЗЗПИ, 1973. 154 с.
2.Лойцянский, Л. Г. Механика жидкости и газа / Л.Г. Лойцянский М.: Дрофа, 2003. 840 с.
3.Емцев, В.Т. Техническая гидромеханика. - 2-е изд.- М.: Машиностроение, 1987. - 440 с.
4.Повх, И. Л. Техническая гидромеханика. Л.: Машиностроение, 1976.
502 с.
5.Дейч, М. Е. Техническая газодинамика. М.: Энергия, 1974. 589 с.
6.Абрамович, Г. Н. Прикладная газовая динамика. М.: Наука, 1976. 540 с.
7.Гидравлические расчеты в теплоэнергетических системах: учеб. пособие /В. В. Фалеев, И. Г. Дроздов, С. В. Фалеев - Воронеж: Изд-во ВГТУ, 2000. 109 с.
8.Самойлович, Г. С. Сборник задач по гидроаэромеханике: учеб. пособие
/Г.С. Самойлович, В.В. Нутисов. - М.: Машиностроение, 1986. - 152 с.
9.Идельчик, И. Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. М.: Машиностроение, 1992. 672 с.
10.Жуковский, Н. Е. О гидравлическом ударе в водопроводных трубах. Либроком, 2011. 110 с.
11.Елисеев, Ю.С. Теория и проектирование газотурбинных и комбинированных установок. Москва, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2000. - 640 с.
12.Исследование процессов и разработка математических моделей эффективных высокотемпературных водородных паротурбинных установок для энергетических систем: отчет о НИОКР (промежут.) / ГОУ ВПО «ВГТУ»; № ГР 02.516.11.6121. – Воронеж, 2008. – 172 с.
13.Бахвалов, Н.С. Численные методы. Решения задач и упражнения / Н.С. Бахвалов, А.А. Корнев, Е.В. Чижонков МГУ им. Ломоносова: Лаборатория знаний, 2016. 352 с.
14.Чирков, В.П. Метод конечных элементов в динамических расчетах турбомашин / В.П. Чирков, С.А. Серков, Ю.Н. Самогин М.: Физматлит, 2016. 212 с.
15.Патанкар, С. Численные методы решения задач теплообмена и динамики жидкости. М.: Энергоатомиздат, 1984. 152 с.
144
|
ОГЛАВЛЕНИЕ |
|
ВВЕДЕНИЕ.............................................................................................................. |
3 |
|
1. |
ОСНОВЫ ДИНАМИКИ ИДЕАЛЬНОЙ НЕСЖИМАЕМОЙ ЖИДКОСТИ .... |
7 |
|
1.1. Кинематический анализ движения жидкости.................................................... |
7 |
|
1.2. Функция тока и потенциал скорости................................................................ |
12 |
|
1.2.1. Функция тока длядвухмерного течения................................................ |
13 |
|
1.2.2. Потенциал скорости................................................................................. |
14 |
|
1.3. Вихревое движение жидкости........................................................................... |
17 |
|
1.3.1. Интенсивность вихря............................................................................... |
17 |
|
1.3.2. Циркуляция скорости. Теорема Стокса................................................. |
18 |
|
1.3.3. Теоремы о вихрях..................................................................................... |
19 |
|
1.3.4. Поле скоростей, вызываемое вихревыми трубками............................. |
21 |
|
1.4. Обтекание тел идеальной жидкостью.............................................................. |
23 |
|
1.4.1. Распределение давления по поверхности обтекаемого тела................ |
23 |
|
1.4.2. Теорема Жуковского................................................................................ |
25 |
|
1.4.3. Постулат Чаплыгина-Жуковского.......................................................... |
27 |
2. |
ОСНОВЫ ДИНАМИКИ ВЯЗКОЙ ЖИДКОСТИ............................................ |
29 |
|
2.1. Уравнения движения вязкой жидкости............................................................ |
29 |
|
2.1.1. Уравнения Навье-Стокса......................................................................... |
29 |
|
2.1.2. Граничные условия.................................................................................. |
31 |
|
2.2. Моделирование в гидромеханике и газодинамике.......................................... |
32 |
|
2.2.1. Принципы динамического подобия....................................................... |
32 |
|
2.2.2. Закон полного динамического подобия Ньютона................................. |
34 |
|
2.2.3. Аэродинамические коэффициенты........................................................ |
35 |
|
2.2.4. Экспериментальные установки в гидроаэродинамике......................... |
36 |
|
2.3. Подобие потоков при действии различных сил............................................... |
37 |
|
2.3.1. Гравитационное подобие......................................................................... |
37 |
|
2.3.2. Вязкостное подобие................................................................................. |
38 |
|
2.3.3. Подобие движения сжимаемых сред...................................................... |
39 |
|
2.3.4. Подобие колебательных движений в жидкости.................................... |
41 |
|
2.3.5. Полное и частичное подобие.................................................................. |
42 |
3. |
ОСНОВЫ ТЕОРИИ ПОГРАНИЧНОГО СЛОЯ.............................................. |
44 |
|
3.1. Общие понятия и дифференциальные уравнения пограничного слоя.......... |
44 |
|
3.1.1. Понятие пограничного слоя.................................................................... |
44 |
|
3.1.2. Уравнения Прандтля................................................................................ |
45 |
|
3.1.3. Граничные условия.................................................................................. |
47 |
|
3.1.4. Турбулизация пограничного слоя........................................................... |
48 |
|
3.2. Интегральные соотношения и расчетпограничного слоя.............................. |
49 |
|
3.2.1. Соотношение Кармана............................................................................ |
49 |
|
3.2.2. Условные толщины пограничного слоя................................................. |
52 |
|
3.2.3. Ламинарный пограничный слой на плоской пластинке....................... |
54 |
|
3.2.4. Турбулентный пограничный слой на плоской пластинке.................... |
58 |
145
|
3.2.5. Факторы, влияющие на турбулизацию пограничного слоя................. |
59 |
|
3.3. Отрыв пограничного слоя и сопротивление при отрывном обтекании......... |
63 |
|
3.3.1. Возникновение отрыва............................................................................ |
63 |
|
3.3.2. Силовое взаимодействие потока с телом при отрывном обтекании... |
65 |
|
3.3.3. Влияние различных факторов на явление отрыва. Управление |
|
|
пограничным слоем................................................................................. |
68 |
|
3.3.4. Взаимодействие пограничного слоя со скачками уплотнения............ |
70 |
4. |
ТЕЧЕНИЕ ГАЗА В ДИФФУЗОРАХ И ЭЖЕКТОРАХ................................... |
68 |
|
4.1. Диффузоры.......................................................................................................... |
68 |
|
4.1.1. Потери энергии в дозвуковых диффузорах........................................... |
69 |
|
4.1.2. Сверхзвуковые диффузоры..................................................................... |
74 |
|
4.2. Эжекторы............................................................................................................ |
75 |
|
4.2.1. Рабочий процесс эжектора...................................................................... |
75 |
|
4.2.2. Расчет эжектора........................................................................................ |
77 |
|
4.2.3. Характеристики эжектора....................................................................... |
80 |
5. |
МОДЕЛИРОВАНИЕ РАБОЧИХ ПРОЦЕССОВ В ЭЛЕМЕНТАХ |
|
|
ПАРОТУРБИННЫХ ЭНЕРГОУСТАНОВОК................................................. |
83 |
|
5.1. Общие подходы к моделированию................................................................... |
84 |
|
5.2. Модели турбулентности.................................................................................... |
86 |
|
5.3. Течение газа и жидкости в каналах сопла-распылителя камеры сгорания... |
97 |
|
5.3.1. Численный подход крешению задачи................................................. |
100 |
|
5.3.2. Методика расчета конвективного теплообмена сопла-распылителя..98 |
|
|
5.4. Гидрогазодинамика и теплообмен высокоскоростного |
|
|
высокотемпературного потока в камере испарения парогенератора............ |
113 |
|
5.5. Течение парогаза в турбоприводе энергоустановки..................................... |
123 |
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.................................................................................................... |
143 |
|
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ................................................................. |
144 |
|
146
Учебное издание
Муравьев Анатолий Викторович Кожухов Николай Николаевич Дроздов Игорь Геннадьевич
ГИДРОГАЗОДИНАМИКА
Учебное пособие
В двух частях
Часть 2
В авторской редакции
Подписано в печать 30.11.2021.
Формат 60х84/16. Бумага для множительных аппаратов. Уч-изд. 9,2. Усл. печ. л. 8,6. Тираж 350 экз.
Заказ № 183.
ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет»
394006 Воронеж, ул. 20-летия Октября, 84
Участок оперативной полиграфии издательства ВГТУ 394026 Воронеж, Московский просп., 14