Многопараметрические расчетные исследования генератора синтетических струй для активного управления течением в переходных каналах
Авторы: Белова В.Г., Степанов В.А.
Опубликовано в выпуске: #4(76)/2018
DOI: 10.18698/2308-6033-2018-4-1742
Раздел: Авиационная и ракетно-космическая техника | Рубрика: Тепловые, электроракетные двигатели и энергоустановки летательных аппаратов
Представлено численное исследование влияния блоков генераторов синтетических струй на течение в переходных каналах с помощью RANS и URANSметодов. Синтетические струи нулевого массового расхода газа — перспективное активное средство управления течением. С их помощью можно уменьшить или ликвидировать отрыв потока в переходных каналах, улучшая характеристики авиационной силовой установки в целом. Расчеты выполнены при полном моделировании процесса генерации синтетических струй в переходных каналах. Описаны газодинамические процессы в полости резонатора генераторов синтетических струй. Отработана методика расчета течения и оценки потерь в диффузорных каналах с применением блоков генераторов синтетических струй. Получено хорошее совпадение расчетных и экспериментальных данных в модельном кольцевом канале без использования активных средств управления, что дало возможность применить эту методику для решения других задач подобного типа. Выполнены многопараметрические расчетные исследования в плоском модельном канале в целях определения наилучших вариантов расположения и характеристик генераторов синтетических струй. Проведен расчет сегмента натурного «агрессивного» канала между турбинами высокого и низкого давления современного турбореактивного двигателя с применением блоков генераторов синтетических струй, поскольку уменьшение потерь полного давления для такого типа блоков в модельном канале оказалось значительным. Применение блоков генераторов синтетических струй с необходимой амплитудой скорости и частотой колебаний, а также при оптимальном расположении в канале позволит улучшить характеристики двигателя в целом вследствие полной или частичной ликвидации зоны отрыва в переходном канале.
Литература
[1] Кашкин Ю.Ф., Коновалов А.Е., Крашенинников С.Ю., Любимов Д.А., Пудовиков Д.Е., Степанов В.А. Экспериментальное и расчетное исследование особенностей течения с отрывом потока в дозвуковых диффузорах. Извес-тия РАН. Механика жидкости и газа, 2009, № 4, c. 91–99.
[2] Потехина И.В., Любимов Д.А. Численное исследование управления с помощью синтетических струй отрывными течениями в переходных межтурбинных диффузорах. Наука и образование, 2015, № 1. DOI: 10.7463/0115.0753472
[3] Lee S., Loth E., Babinsky H. Normal Shock Boundary Layer Control with Various Vortex Generator Geometries. Computers & Fluids, 2011, vol. 49, no. 1, pp. 233–246.
[4] Debiasi M., Herberg M.R., Yan Z., Dhanabalan S.S., Tsai H.M., Dhanabalan S. Control of Flow Separation in S-Ducts via Flow Injection and Suction. 46th AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit. Ser. AIAA Paper (Reno, Nevada, 7–10 January 2008). Reno, Nevada, USA, 2008, vol. 1355. Paper no. 2008-74. URL: https://doi.org/10.2514/6.2008-74
[5] Florea R., Bertuccioli L., Tillman T.G. Flow-control-enabled aggressive turbine transition ducts and engine system analysis. 3rd AIAA Flow Control Conference (San Francisco, Califomia, 5–8 June 2006). San Francisco, California, 2006. Paper no. 2006-3512. URL: https://doi.org/10.2514/6.2006-3512
[6] Zhang P.F, Wang J.J., Feng L.H. Review of zero-net-mass-flux jet and its application in separation flow control. Science in China, Series E. Technological Sciences, 2008, vol. 51 (9), pp. 1315–1359.
[7] Lengani D., Simoni D., Ubaldi M., Zunino P., Bertini F. Application of a synthetic jet to control boundary layer separation under ultrahighlift turbine pressure distribution. Flow Turbul. Combust., 2011, vol. 87 (4), pp. 597–616.
[8] 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. DOI 10.18698/2308-6033-2018-3-1737
[9] Mahfooz Z., Ahmed M.K., Guoping H. Conceptual Designing and Numerical Modeling of Micro Pulse Jet for Controlling Flow Separation. International Journal of Engineering (IJE), 2011, vol. 5, no. 1, pp. 95–101.
[10] Любимов Д.А. Исследование влияния струй с нулевым массовым расходом на течение в криволинейном диффузоре. Теплофизика высоких температур, 2011, т. 49, № 4, с. 557–567.
[11] ESI Group. CFD-ACE+. 2014. URL: https://www.esi-group.com/
[12] Макаров А.Ю., Степанов В.А., Маслов В.П. Экспериментальные и численные исследования методов управления потоком в переходных каналах авиационных двигателей. Сб. докл. XI Всерос. съезда по фундаментальным проблемам теоретической и прикладной механики. Казань, 20–24 августа 2015. Казань, 2015, с. 2428–2431.