Анализ теплового состояния притрактовых полостей первой ступени турбины высокого давления авиационного газотурбинного двигателя тягой 24 тонны


DOI: 10.34759/tpt-2023-15-1-22-30

Авторы

Юртаев А. А.*, Бенедюк М. А.**, Бадыков Р. Р.***, Сеньчев М. Н.****

Самарский университет, Самара, Россия

*e-mail: don.yurtaev2016@yadnex.ru
**e-mail: benedyuk00@bk.ru
***e-mail: renatbadykov@gmail.com
****e-mail: senchevmn@mail.ru

Аннотация

Цель работы заключается в проведении анализа теплового состояния притрактовых полостей первой ступени турбины высокого давления авиационного газотурбинного двигателя тягой 24 тонны. Диски турбин являются высоконагруженными деталями газотурбинного двигателя, поэтому точное определение действующих на них нагрузок, а также методы их снижения являются важной и актуальной задачей при проектировании авиационных двигателей. Тепловой газодинамический расчет проведен в программном комплексе Ansys-CFX. Созданы объемные 3D-модели лопаток соплового аппарата и рабочего колеса первой ступени турбины высокого давления и притактовых областей перед и за диском исследуемой ступени. В модуле ICEM CFD созданы конечно-элементные модели притрактовых областей. Для повышения точности расчета уточнены значения скоростей потока в пограничном слое, вычислены значения параметра y+ и минимальной высоты 1-го элемента в пристеночном слое. В модуле CFX заданы граничные условия и характеристики рабочего тела — горячего газа, поступающего из камеры сгорания двигателя. Рассчитаны значения безразмерной величины ε — глубины охлаждения статора и диска ротора. Проведен стационарный газодинамический расчет на исследование втекания потока из проточной части турбины в притрактовую полость. Также выполнен нестационарный расчет и сравнение со стационарным расчетом. В результате получены точные значения температур стенок полости и коэффициентов глубины охлаждения, которые позволяют судить об эффективности системы охлаждения турбины. Из сравнения стационарного и нестационарного расчетов видно, что в результате нестационарного расчета наблюдаются втекания газа из проточной части, что вызывает повышение температур в области втекания и на стенках полости.

Ключевые слова:

турбореактивный двухконтурный двигатель, турбина высокого давления, притрактовая полость, коэффициент глубины охлаждения, система охлаждения, CFD-расчет

Библиографический список

  1. Старцев Н.И., Виноградов А.С., Новиков Д.К. Конструкция и проектирование авиационных двигателей и энергетических установок: электронное учебное пособие. Самара, 2013. 82 c.

  2. Кулагин В.В., Кузьмичев В.С. Теория, расчет и проектирование авиационных двигателей и энергетических установок: учебник в 2 книгах. Книга 1. Основы теории ГТД. Рабочий процесс и термогазодинамический анализ. Москва, 2017. 336 c.

  3. Mirzamoghadam A.V., Giebert D., Molla-Hosseini K., Bedrosyan L. The Influence of HPT Forward Disc Cavity Platform Axial Overlap Geometry on Mainstream Ingestion. Proceedings of ASME Turbo Expo 2012, pp. 1947–1958. DOI: 10.1115/GT2012-68429.

  4. Shuqing T., Ying Z. Wei S. Effects of Gas-Ingestion through Turbine Rim Seals on Flow and Heat Transfer in the Wheel-Space. Proceedings of ASME Turbo Expo 2014. pp. 840–851. DOI: 10.1115/GT2014-26635.

  5. Kenneth C., Michael B., Karren T. Effects of purge jet momentum on sealing effectiveness. Proceedings of ASME Turbo Expo 2016. DOI: 10.1115/GT2016-58099.

  6. Bardina J.E., Huang P.G., Coakley T.J. Turbulence Modeling, Validation, Testing and Development. NASA Technical Memorandum, 110446, 1997. URL: https://ntrs.nasa.gov/citations/19970017828

  7. Батурин О.В., Колмакова Д.А., Шаблий Л.С. Численное исследование рабочего процесса в ступени центробежного компрессора: электронное учебное пособие. Самара, 2013. 103 с.

  8. Кривцов А.В., Тисарев А.Ю., Шкловец А.О., Шаблий Л.С., Белоусов А.И. Сопряженное моделирование рабочего колеса турбины турбонасосного агрегата ЖРД: электронное учебное пособие. Самара, 2013. 114 с.

  9. Щербаков М.А. Определение коэффициентов теплоотдачи при моделировании задач в ANSYS CFX // Авиационно-космическая техника и технология. 2011. № 7. С. 165–169.

  10. Горелов Ю.Г., Строкач Е.А. Анализ закономерностей расчета коэффициента теплоотдачи от газа на входных кромках сопловых лопаток турбин высокого давления // Вестник Московского авиационного института. 2016. Т. 23. № 1. С. 80–85.

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2018-2024