Патент ссср 424178

 

О П И С А Н И Е (») 424)78

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Зависимое от авт. свидетельства (22) Заявлено 03.05.72 (21) 1779968/18-24 (51) М. Кл. G 06g 7/44

G 06д (/64 с Ilpllcoc äпнеllli(ì заяш н ¹

Государственный комитет

Совета Министров СССР оо делам изобретений и открытий (32) Приоритет

Опубликовано 15.04.74. Бюллетень ¹ 14

Дата опубликования описания 24.09.74 (53) УД К 681.333 (088.8) (72) Авторы изобретения

А. О. Дитман, Б. А. Парфенов, К. П. Селезнев и В. И. Хенталов (71) Заявители

Ленинградский институт водного транспорта и Ленинградский политехнический институт (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ТЕЧЕНИЯ

В ПРОТОЧНОЙ ЧАСТИ ТУРБОМАШИНЪ1

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и предназначено для изучения потока в группе вращающихся и неподвижных элементов проточной части центробежного компрессора, а также других типов лопаточных машин.

Известно устройство для моделирования поступательно-циркуляционного обтекания решеток профилей. Оно позволяет исследовать обтекание произвольной прямой и неподвижной круговой периодической решетки путем моделирования периода поля течения на основе соответствия электрического потенциала функции тока в жидкости (аналогия Б) .

Для этого моделируемая область, подобная периодической области течения в решетке, выполняется из проводящей среды. Контур периодической области ограничивается двумя системами электродов. В центральной ее части устанавливается электрод, геометрически подобный лопатке.

Одна система электродов создает электрическое поле, имитирующее «поперечную» составляющую потока для прямых решеток и

«расходную» составляющую потока для круговых неподвижных решеток. Электроды системы, установленные в соответственных точках периодической области, соединяются проводами, служащими вторичными обмотками тороидального трансформатора.

Вторая система электродов, подключаемая через сопротивления к источнику переменного напряжения, создает электрическое поле, являющееся моделью «продольного» потока для прямых решеток и «циркуляционного» потока вокруг центра для неподвижных круговых решеток.

На электрод, геометрически подобный лопатке, подается потенциал, позволяющий вы10 полнить условие Чаплыгина-Жуковского.

Однако известное устройство не позволяет имитировать обтекание вращающейся периодической решетки, а тем более группы вращающихся и неподвижных элементов проточной

15 части турбомашпны.

Цель предлагаемого устройства состоит в расширении класса решаемых задач, снижении трудоемкости, упрощении и ускорении процесса моделирования взаимодействия эле20 ментов проточной части турбомашины.

Поставленная цель достигается тем, что моделируемая область из проводящей среды выполняется геометрически подобной периоду вращающихся и неподвижных элементов рас25 положенных последовательно. Кроме того, модель содержит электроды, установленные около входа во вращающийся элемент, электроды, расположенные в узлах сетки по зоне вращающегося элемента, электроды, размещен30 ные на входе оконечного элемента, и электро3 ды, геометрически подобные лопаткам. Эти электроды через постоянные резисторы, калибровочные лотки и внутренние участки цепи источников питания связаны с шиной, ограничивающей моделируемую область. Электроды, расположенные в соответственных точках на двух противоположных сторонах моделируемой области, соединены между собой проводниками. Проводники являются вторичными обмотками тороидального трансформатора.

К концам одной из таких обмоток подключен калибровочный лоток. Тороидальный трансформатор и все системы электродов питаются от источников, регулируемых по амплитуде и по фазе, синхронизированных, стабилизированных и гальванически развязанных, Электроды, расположенные по границам периодической области, закрепляются в шарнирных направляющих.

На чертеже изображена функциональная схема устройства для моделирования течения в проточной части турбомашины.

Моделируемая периодическая область выполняется в форме последовательно расположенных зон: рабочего колеса, лопаточного диффузора и участка улитки (хотя допускаются любые другие сочетания), показанных на чертеже в виде участка электролитической ванны 1. Электрическое поле, образующееся между шиной 2 и электродами 3, установленными на выходе участка периодического элемента, имитирует поток, попавший в рассматриваемый участок из соседнего. Между шиной 2 и электродами 4 и 5, геометрически подобными лопаткам периодических элементов, создается электрическое поле, моделирующее циркуляционные потоки вокруг лопаток. Поток вытеснения моделируется, полем, создаваемым электродами 6, расположенными в узлах сетки по зоне вращающегося элемента. Образующееся между электродами 7, ограничивающими периодическую область с двух противоположных сторон, электрическое поле моделирует радиальный поток. С помощью электродов

8 создается электрическое поле, моделирующее закрутку потока на входе в элемент.

Электроды 3, 7 и 8 закрепляются в шарнирных направляющих. Электроды 6 монтируются на дне ванны 1. Применение материалов с высокой электрической проводимостью при изготовлении шины 2, электродов 4 и 5 и проводников 9 позволяет моделировать граничные условия на степках улитки, на поверхности лопаток и на границе периодов решеток. Проводники 9 соединяют электроды 7, расположенные в соответственных точках моделируемой области (ванны) 1, и являются вторичной обмоткой тороидального трансформатора 10, служащего источником напряжения для электродов 7. Зонды 11 служат для контроля при выполнении условия Чаплыгина-7Куковского.

Постоянные резисторы 12 — 16 обеспечивают принудительное задание токов. Интенсивность создаваемых электрических полей определяет424178 ся по замерам на калибровочных лотках

17 — 22, Источники питания 23 — 28 гальванически развязаны, стабилизированы, синхронизированы и регулируются по амплитуде и фазе. Одна клемма источников питания 23 — 27 подключается к шине 2, а вторая — через калибровочные лотки 18 22 и постоянные резисторы 12 — 16 к электродам 3, 4, 5, 7 и 8.

Измерения напряженности в моделируемой области 1 проводятся двухигольчатым контактным зондом, а построение изопотенциальных линий — одноигольчатым контактным зондом. Измерительная схема компенсационного типа позволяет получать напряженность в безразмерных единицах.

При этом величина E»b» соответствует циркуляции Гz скорости на выходе из колеса в ба выбранном периоде решетки, = Е,,—

2-.r окружной скорости V» a выходе из колеса, Е„а„— расходу q через выбранный период решетки, 25 " " = Е!, — радиальной составляющей

С,, относительной скорости, ńᄠ— закрутке Г, ца входе в рабочее колесо, 30

Е„б„у!! !

» ! Ф а!!г и регулировкой выходного напряжения источника питания 28 выставляется на калибровочном лотке 17.

При наличии бсзразмерной закрутки

Гo!=I !!Qn/2тс У на входе в рабочее колесо подсчитывается напряженность

60 д о)ЕгАз й! б2! которая изменением выходного напряжения источника питания 23 устанавливается на ка65 либровочном лотке 21.

" " = Е,, — окружной составляющей Cv, относительной скорости, Е,,b,„— величине потока Q,-, попавшего в рассматриваемый участок улитки из соседнего, 35 Е,sb„

= Е,, — осредненной скорости V,. в

4 сечении улитки, где Š— напряженность электрического поля соответствующего эталонного элемента, а

40 и b — ширина соответствующего эталонного элемента, r — радиус соответствующей окружности.

Работает устройство следующим образом.

Выставляется режим. Для этого подается

45 напряжение на электроды 6 от источника питания 24 и замеряется напряженность Е» на калибровочном лотке 22. По заданному коэфCfr фициенту расхода р!= †вычисляется на50

2 пряженность

424178

25

Условие, аналогичное условию ЧаплыгинаЖуковского, выполняется сначала для электрода 5, затем для электрода 4. С этой целью на электрод 4 (5) подается такое напряжение от источника питания 25 (26), чтобы напряжение на зондах 11 равнялось нулю.

Последним задается поток, поступающий в рассматриваемый участок улитки из соседнего. В безразмерном виде

Для этого находится напряженность и изменением амплитуды напряжения, поступающего с источника питания 27, выставляется на калибровочном лотке 18.

Измерения напряженностей Е; и построение изопотенциальных линий, являющихся аналогами скорости и силовых линий в жидкости, проводятся по всей моделируемой области (ванне) 1, а также замеряются напряженно сти Е 9 и Е о на калибровочных лотках 19 и 20, пропорциональные величинам циркуляций скоростей вокруг лопаток профилей.

Предмет изобретения

Устройство для моделирования течения в проточной части турбомашины, содержащее

S электролитическую ванну, резисторы, эталонные элементы, тороидальный трансформатор и источники питания, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения класса решаемых задач, оно содержит электроды по форме вра10 щающейся и неподвижной лопаток турбомашины, электроды моделирования выходного потока, установленные в области задней кромки электрода по форме неподвижной лопатки турбомашины, ограничивающие электроды, 1S электроды моделирования завихрения потока, установленные в области передней кромки электрода по форме вращающейся лопатки турбомашины, и электроды моделирования вытеснения потока, расположенные в узлах сетки в

20 области вращающейся лопатки турбомашины и укрепленные на дне электролитической ванны, причем электроды моделирования выходного потока, завихрения потока, вытеснения потока и электроды по форме вращающейся и

25 неподвижной лопаток турбомашины подключены, а ограничивающие электроды соединены со вторичной обмоткой тороидального трансформатора.