424178

О П И С А Н И Е42478ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистицеских Республикосударствениыи комитетСовета Министров СССРоо делам изобретеий 3) УДК 681.333(088.8 ткрыти 72) Авторы изобретения О. Дитман, Б. А. Парфенов, К. П. Селезневи В, И. Хенталовнинградский институт водного транспорта Ленинградский политехнический институт(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ТЕЧЕН В ПРОТОЧНОЙ ЧАСТИ ТУРБОМАШИНЪ 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, подключаемаячерез сопротивления к источнику переменного напряжения, создает электрическое поле, являющееся моделью продольного потока для 5 прямых решеток и циркуляционного потокавокруг центра для неподвижных круговых решеток.На электрод, геометрически подобный лопатке, подается потенциал, позволяющий вы полнить условие Чаплыгина-Жуковского.Однако известное устройство не позволяетимитировать обтекание вращающейся периодической решетки, а тем более группы вращающихся и неподвижных элементов проточной 15 части турбомашины.Цель предлагаемого устройства состоит врасширении класса решаемых задач, снижении трудоемкости, упрощении и ускорении процесса моделирования взаимодействия эле ментов проточной части турбомашины.Поставленная цель достигается тем, что моделируемая область из проводящей среды выполняется геометрически подобной периоду вращающихся и неподвижных элементов рас положенных последовательно, Кроме того, модель содержит электроды, установленные около входа во вращающийся элемент, электроды, расположенные в узлах сетки по зоне вращающегося элемента, электроды, размещен ные на входе оконечного элемента, и электро3ды, 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 дце 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-)Куковского. Постоянные резисторы 12 - 16 обеспечивают принудительное задание токов. Интенсивность создаваемых электрических полей определяет 424178 ся по замерам на калибровочных лотках17 - 22,Источники питания 23 - 28 гальваническиразвязаны, 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 8.10 Измерения напряженности в моделируемойобласти 1 проводятся двухигольчатым контактным зондом, а построение изопотенциальцых линий - одноигольчатым контактнымзондом. Измерительная схема компенсацион 15 ного типа позволяет получать напряженностьв безразмерных единицах.При этом величина Е,гК соответствует циркуляции Гг скорости на выходе из колеса вЕггбггвыбранном периоде решетки, = Е -2-,ггокружной скорости У на выходе из колеса,Еа - расходу д через выбранныйпериод решетки,25 " " = Е; - радиальной составляющейС относительной скорости,Ег 16 г 1 - закрутке Г, на входе в рабо.чее колесо,30 с ЕггбггУГ,г 1 г -аГги регулировкой выходного напряжения источника питания 28 выставляется на калибровочном лотке 17.При наличии бсзразмерной закруткиГ,=Г,Ка/2 тс,У, на входе в рабочее колесоподсчитывается напряженность 601 м ЕггбггЕг 1 -бг 1 которая изменением выходного напряжения источника питания 23 устанавливается на ка либровочном лотке 21." " = Е - окружной составляющей С 1,относительной скорости,Еб, - величине потока Я,л, попавшего в рассматриваемыйучасток улитки из соседнего,З 5 Ю, б= Е - осредненной скорости Г,. в4 сечении улиткигде Е - напряженность электрического поля соответствующего эталонного элемента, а40 и Ь - ширина соответствующего эталонногоэлемента,- радиус соответствующей окружности.Работает устройство следующим образом.Выставляется режим. Для этого подается45 напряжение на электроды 6 от источника питания 24 и замеряется напряженность Е накалибровочном лотке 22. По заданному коэфС,фициецту расхода р= - " вычисляется ца 502пряженностьУсловие, аналогичное условию Чаплыгина- Жуковского, 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 ца зондах 11 равнялось нулю,Последним задается поток, поступающий в рассматриваемый участок улитки из соседнего. В безразмерном видеЯу 84: Яулб/ 11 Г 8 Р 8Для этого находится напряженностьЕ, - Яу 8 Е 88 б 8,б18и изменением амплитуды напряжения, поступающего с источника питания 27, выставляется на калибровочном лотке 18.Измерения напряженностей Е; и построение изопотенциальцых линий, являющихся аналогами скорости и силовых линий в жидкости, проводятся по всей моделируемой области (ванне) 1, а также замеряются напряженно сти Е 19 и Е 2 О на калибровочных лотках 19 и 20, пропорциональные величинам циркуляций скоростей вокруг лопаток профилей. Предмет изобретения Устройство для моделирования течения впроточной части турбомашины, содержащее 5 электролитическую ванну, резисторы, эталонные элементы, тороидальный трансформатор и источники питания, отличающееся тем, что, с целью расширения класса решаемых задач, оцо содержит электроды по форме вра щающейся и неподвижной лопаток турбомашины, электроды моделирования выходного потока, установленные в области задней кромки электрода по форме неподвижной лопатки тур бом ашины, ограничивающие электроды, 15 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 турбомашиныи укрепленные ца дне электролитической ванны, причем электроды моделирования выходного потока, завихрения потока, вытеснения потока и электроды по форме вращающейся и 25 неподвижной лопаток турбомашцны подключецы, а ограничивающие электроды соединены со вторичной обмоткой тороидальцого трансформатора.