Стенд для моделирования проточной части турбомашин Советский патент 1983 года по МПК G06G7/44 

Изобретение относится к аналоговой вычислительной технике и предназначено для исследования течений в проточной части лопаточных турбомашин.-k Известно устройство для моделирования потока в отдельных или нескольких последовательно расположенных элементах, обеспечивающее сохранение целостности модели. В устройстве используется плоская камера, в которой установлен штуцер для откачки воздуха, в отверстиях днища плоской камеры укреплены штыревые электроды, выступающие над рабочей панелью и обеспечивающие контакт с модельк из электропроводной бумаги IJ, Однако с помощью такого устройства можно моделировать течение толь ко на однослойной модели, и такие задачи, как исследование течения жид кости в слое переменной толщины, исследование течения жидкости в выходных устройствах турбомашин, исследование переноса примесей в рабочей среде турбомашин требуют использования многослойной модели. Кроме того, вследствие неоднородности электр проводности бумаги для повьвиения точ ности Моделирования на ней рекоменду ется применять двухслойные модели, снижающие анизотропию модели из элек тропроводной бумаги, что затруднительно реализовать в данном устройстве. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для моделирования проточной части турбомашин, обеспечивающее возможность решения задачи совместного течения в двух элементах проточной части турбомшдишд- в направляющей круговой решетке (диффузоре ) и неоасимметричном выходном устройстве (улитке). Это устройство содержит модель исследуемой области выполненную из электропроводной бумаги, расположенной на рабочей панели устройства, установленные на элек тропроводной бумаге электроды, выполненные в виде лопаток, и тороидал ный трансформатор, размещенный в цен ре модели исследуемой области перпен дикулярно рабочей панели устройства одна часть системы токовводящих элек тродов установлена на ходе в диффузор и подключена к эталонному элементу, другая - установлена на выходе улитки 2. Однако известное устройство; реша ет ограниченный класс задач, т.е. моделировё1ние совместного обтекания только в неподвижных элементах проточной части турбомашин. Такие задачи, как исследование совместного течения в нескольких неподвижных и вра щающихся элементах проточной части, имитация вращения модели рабочего колеса, исследование нестационарных процессов при взаимодействии неподвижных .и вращающихся элементов невозможно, решить с использованием известного устройства. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей технического устройства. Цель достигается тем, что в стенде, содержащем модель исследуемой области, выполненную из элекуропроводной бумаги, расположенной на рабочей панели стенда, установленные на электропроводной бумаге электроды, выполненнь1е в виде лопаток, и тороидальный трансформатор, размещенный в центре модели исследуемой области перпендикулярно к рабочей панели стенда, модель исследуемой области выполнена многослойной, а в стенд дополнительно введены штыревые э/1ектроды, вакуумная камера, в дне которой размещены штуцеры, и магнитные пластины, установленные на поверхности модели исследуемой области в местах сопряжения слоев электропроводной бумаги, рабочая панел }. стенда выполнена в виде сегментов из магнитомягкого материала, в которых выполнены отверстия, в которых размещены одни концы штыревых электродов, другие концы которых закреплены в воздушной камере. Тороидальный трансформатор, сцепленный с моделью исследуемой области, электроды, расположенные по всей зоне рабочего колеса, электроды лопатки, через которые протекает ток, моделируют соответственно гидродинамические потоки: расходный поток, протекающий через всю модель исследуемой области ( поток протекания), вихревой поток в зоне рабочего колеса (поток вытеснения )и циркуляционные потоки вокруг всех профилей лопаток, с помощью которых выполняется условие, аналогичное условию ЧаплыгинаЖуковского. Для совмещения относительного вращательного течения в области рабочего колеса с абсолютным течением в области неподвижных элементов проточной часчк равиЬмерно по окружности на входе и выходе рабочего колеса установлены штыревые электроды. Такое выполнение стенда позволяет на основе косвенной математической аналогии между гидродинамическим полем скоростей и электрическим полем напряженности в многослойной проводящей среде воспроизвести течение в слое переменной толщины модели исследуемой области, состоящей из нескольких неподвижных -и вращакздихся элементов проточной части центробежного компрессора. На фиг. 1 изображен стенд для моделирования течения в неподвижных и вращающихся элементах турбомашин, на фиг. 2 - конструкции узлов для перемещения модели рабочего колеса относительно моделей лопаточного диффузора и входного направляющего аппарата, а также конструкция электродов. Исследуемая область стенда выпол нена в виде плоской многослойной мо дели исследуемой области 1 проточной части 1урбомашины из набора лис тов электропроводной бумаги. Модель 1 состоит из моделей исследуемых элементов турбомашин, включаквдих об ласть входного направлякадего аппара та 2 с электродами-лопатками 3,област рабочего колеса 4 с электродами - лопатками 5, область лопаточного диффузора 6 с электродами - лрпатками 7 и выходное устройство 8, ограниченное шиной 9. Поисследуемой модели рабочего колеса 4 равномерно расположены шты ревые электроды 10, через которые втекает токи тем , создавая реопределенные источники по области моделируют поток вытеснения. При .помощи штыревых электродов 11, 12, и 13, 14, равномерно расположенных по окружности на входе и выходу мод ли рабочего колеса, осуществляются контакты между неподвижнь входным йаправляксцим аппаратом 2, лопаточны диффузором 6 и поворотным относител но них рабочим колесом 4. Поворот модели рабочего колеса указан на фиг. 2. Модель входного нгшравляющего аппарата 2 соединена с моделью рабочего колеса 4 через штыревые электроды 11 и 12, соединяющиеся между собой и установленные на границах раэреза, отделяющего область входного направляющего аппарата 2 от области рабочего колеса 4. На вы ходе модели рабочего колеса 4 и на входе в область лопаточного диффузора 6 установлены штыревые электроды 13 и 14, соединя1гщиеся также между собой. При помощи тороидального трансформатора 15 моделируется поток протекания. Стенд содержит рабочую панель, выполненную в виде сегментов 16 из магнитомягкого материала, вакуумные камеры, образованные панелями 17-19 и днищами 20-22, и штуцеры 23-25 для подключения откачивающего устро ства,.Че)ез штуцеЕял 23-25 производится откачка из вакуумных камер, контактных зазоров, пространства ме ду электропроводнойбумагой и рабоч панелыр и зазоров между лопатками 3 5,7 и электропроводной бумагой. Раз дельная откачка воздуха из вакуумных камер позволяет производить пов рот модели рабочего колёса без нарушения граничных условий течения в рабочем колесе за счет поворота модели рабочего колеса относительно оси вращения, а также позволяет изменять его геометрические параметры, не нарушая граничных условий течения в остальных элементах проточной части. В случае многослойной модели контакт листов электропрюводной бумаги осуществляется при помощи магнитных пластин 26, которые могут быть расположены в любой области модели, в местах сопряжения слоев на фиг.1 показана только одна). Рабочая панель 19 крепится на четырех стойках 27. Предлагаемый стенд работает следукждам образом. Модель исследуемой области 1 из профилированных слоев электропровод- ной бумаги укладывают на рабочие панели 17-19 поверх магнитных сегментов 16: На модель устанавливают электроды - лопатки 3, 5, 7. В местах сопряжения Слоев электропроводной бумаги накладывают магнитные пластины 26, которые притягиваются к магнитным сегментам 16 и тем саким плотно прижимают слои электропроводной бумаги друг к другу. Затем для осуществления контакта штыревых электродов 10-14 и электродов - лопаток 3,5,7 с моделью 1 производится откачка воздуха из вакуумных камер через штуцери 23-25. Атмосферным давлением модель 1 и электроды - лопатки 3,5,7 прижимаются к рабочим панелям 17-19 и к слегка выступающим над ними штыревым электродам 10-14. На модели исследуемой области 1 задаются граничные услови и измеряют распределение потенциала. Затем штуцера 23 и 25 вакуумных камер соединяются с атмосферой, после чего прекращается откачка воздуха из вакуумных камер через штуцера 23 и 25 и они соединяются с атмосферой. Панель 18 поворачивается относительно неподвижных па нелей 17 и 19 вокруг оси вращения модели рабочего колеса на заданный угол. После поворота модели рабочего колеса 4 вновь включается откачка воздуха из вакуумных камер через штуцера 23 и 25. Измеряют новые распределения потенциала на поверх-; ности модели исследуемой области 1. Описанный процесс повторяется для различных взаимных положений моделей рабочего колеса 4 и неподвижных входного направлямцегр аппарата 2 и лопаточного диффузора 6. При этом откачка воздуха из вакуумной камеры через штуцер 24 производится постоянно, что позволяет не нарушать граничные условия в модели рабочего колеса.

СТЕНД ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОТОЧНОЙ ЧАСТИ ТУРБОМАШИН, содержащий модель исследуемой области, выполненную из электропроводной бумаги, расположенной на рабочей панели стенда, установленные на электропроводной бумаге электроды, выполненные в виде лопаток, и тороидальный трансформатор, размещенный в центре модели исследуемой области перпендикулярно к рабочей панели стенда, о тличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем воспроизведения течения жидкости в слое переменной толщины, модель исследуемой области выполнена многослойной, а в стенд дополнительно введены штыревые электроды, вакуумная камере, в дне которой размещены штуцеры, и магнитные пластины, установленные на поверхности модели исследуемой области, в местах сопряжения слоев электропроводной бумаги, рабочая панель стенда JK выполнена в виде сегментов из магнитомягкого материала, в которых выпол1 нены отверстия, в отверстиях раз- .|(iii мещены одни концы штыревых электро- . дов, другие концы которых закрепле- , S ны в воздушной камере.