CC BY
6
Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2018. Том 1
УДК 532.526.7
АЛГОРИТМ РАСЧЕТА ТЕЧЕНИЯ С ТЕПЛООТДАЧЕЙ В ЭЛЕМЕНТЫ КОНСТРУКЦИЙ СИЛОВЫХ УСТАНОВОК ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ
Е. В. Шлоссер, В. О. Фальков, А. А. Зуев
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: shlosser88@mail.ru
Разработан алгоритм и проведен сравнительный анализ теоретических и экспериментальных данных расчета течения с учетом теплоотдачи в элементы конструкции силовых установок летательных аппаратов.
Ключевые слова: вращательное течение, коэффициент теплоотдачи, алгоритм расчета.
THE ALLGORITHM FOR CALCULATING THE FLOW WITH HEAD TRANSFER ELEMENTS IN POWER PLANTS OF AIRCRAFT STRUCTURES
E. V. Shlosser, V. O. Falkov, A. A. Zuev
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: shlosser88@mail.ru
An algorithm and a comparative analysis of the experimental data and the theoretical flow calculation with the heat transfer elements in power plant constructions aircrafts.
Keywords: rotational flow, heat transfer coefficient, calculation algorithm.
Большая часть существующих на сегодняшний день методик расчета вращательных течений с теплоотдачей носит критериально-эмпирический характер и основана на обработке экспериментальных результатов, что не всегда обеспечивает требуемую точность расчета гидродинамических и тепло-гидравлических параметров. Необходимость экспериментально-теоретического уточнения расчетных методик течения с теплоотдачей в полостях вращения энергетических установок летательных аппаратов является актуальной задачей, которая позволит существенно снизить материальные и временные затраты на эскизное проектирование, испытания и доводку современных образцов двигателей и энергосиловых установок летательных аппаратов [1].
В результате проведенных исследований были разработаны алгоритмы расчета течения с учетом теплоотдачи в элементы конструкций силовых установок летательных аппаратов. Расчетная схема вращательного течения по закону «твердого тела» (рис. 2) характеризуется тем, что закрутка потока осуществляется за счет вращения диска, при течении по закону «свободного вихря» (рис. 1) закрутка потока осуществляется за счет геометрии камеры.
Для определения параметров течения в полости вращения используются уравнения течения, уравнение состояния и уравнение энергии [2]. В алгоритме ведется численное интегрирование данных уравнений в результате чего определяются динамические и тепловые параметры течения. Отвод тепла осуществляется через неподвижную стенку, в алгоритме также тестируется два закона распределения профиля скорости с полученными выражениями локальных коэффициентов теплоотдачи [3].
Разработанные алгоритмы расчета течения в полостях вращения имеют несколько ограничений:
- алгоритмы не учитывают влияния шероховатости поверхности;
- алгоритмы предназначены для расчета турбулентного режима течения;
Секция «Двигателии энергетические установки летательньш и космических аппаратов»
- одно из основных допущений алгоритма: невозможность его применения там, где нормальный зазор должен быть намного меньше радиуса диска.
Рис. 1. Схема расчетной полости вращения по закону «свободного вихря»
/теп лоое-м&нчып .ппсрат ' ■. п о л о с. т Ераыкн и я
Рис. 2. Схема расчетной полости вращения по закону «твердого тела»
Основным преимуществом данного алгоритма по сравнению с алгоритмами, основанными на эмпирических зависимостях, является относительно широкая область применения. Широкая область применения дает возможность использования данных математических моделей в системах автоматизированного проектирования и расчета [4].
Алгоритм расчета течения рабочего тела в полости вращения реализован в программном обеспечении, с помощью которого проведен сравнительный анализ теоретических и экспериментальных данных.
Библиографические ссылки
1. Голубев А. И. Торцевые уплотнения вращающихся валов. 2-е изд., перераб. и доп. М. : Машиностроение, 1974. 212 с.
2. Кетола Мак-Грью. Распределение давления, сопротивления трения и расходные характеристики для частично смоченного радиального диска // Тр. Амер. о-ва инж.-мех. Сер. Ф. Проблемы трения и смазки. 1968. № 2. С. 86-102.
3. Кишкин А. А., Краев М. В., Майдуков А. В. Вращение диска в потоке, закрученном по закону твердого тела // Изв. вузов. Авиационная техника. 1996. № 4. С. 42-47.
4. Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя. М. : Наука, 1969. 744 с.
© Шлоссер Е. В., Фальков В. О., Зуев А. А., 2018
