Стенограмма Совета - Кафедра 204. Авиационно

МОСКОВСКИЙ АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ
(ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)
СТЕНОГРАММА
заседания диссертационного совета Д 212.125.08
от 22 июня 2005 года
по защите диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук соискателем
кафедры 204
Солнцевым Михаилом Вячеславовичем
Москва 2005 год
1
Заседание ведут: Председатель диссертационного совета, д.т.н., профессор Равикович Юрий
Александрович, ученый секретарь совета, к.т.н., доцент Никипорец Э.Н.
ПРЕДСЕДАТЕЛЬ: Разрешите начать заседание совета. На повестке дня защита диссертации на
соискание ученой степени кандидата технических наук Солнцевым Михаилом
Вячеславовичем по специальности 01.04.14 «Теплофизика и теоретическая
теплотехника». Работа выполнена на кафедре «Авиационная и ракетнокосмическая теплотехника» Московского авиационного института (государственного технического университета).
Из 25 членов совета на заседании присутствуют 18 человек:
1.
Равикович Юрий Александрович
2.
Сергиенко Александр Александрович
3.
Никипорец Эльвира Николаевна
4.
Агульник Алексей Борисович
5.
Воробей Вадим Васильевич
6.
Демидов Анатолий Семенович
7.
Дзюбенко Борис Владимирович
8.
Дубенец Сергей Александрович
9.
Емин Олег Наумович
10.
Квасников Леонид Александрович
11.
Козлов Александр Александрович
12.
Назаренко Игорь Петрович
13.
Никитин Петр Васильевич
14.
Попов Гарри Алексеевич
15.
Рыбаков Валентин Владимирович
16.
Татарников Олег Вениаминович
17.
Фаворский Олег Николаевич
18.
Шорин Владимир Павлович
ПРЕДСЕДАТЕЛЬ: Кворум имеется. На заседании присутствуют три доктора технических наук по
профилю защищаемой диссертации (специальность 01.04.14). Есть предложение считать заседание правомочным. Ставлю это предложение на голосование.
Кто за это предложение? Кто против? Нет. Кто воздержался? Нет. Принимается
единогласно.
2
Научный руководитель:
Галицейский Б.М. Заслуженный деятель науки и техники РФ, доктор технических наук, профессор кафедры «Авиационная и ракетнокосмическая теплотехника» Московского авиационного института (государственного технического университета).
Официальные оппоненты по диссертации Солнцева М.В.:
1. Шевченко И.В. доктор технических наук, профессор Российского государственного технологического университета им. К.Э. Циолковского «МАТИ».
2. Голубев В.А. кандидат технических наук, профессор кафедры «Теория,
расчет и проектирование авиационных двигателей и энергетических установок» Московского авиационного института
(государственного технического университета).
Ведущая организация – ТМКБ «Союз»
Слово для сообщения данных из аттестационного дела Солнцева Михаила Вячеславовича и
их соответствии установленным требованиям «Положения ВАК» предоставляется ученому
секретарю диссертационного совета, к.т.н., доценту Никипорец Эльвире Николаевне.
УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ: Зачитывает данные из аттестационного дела Солнцева М.В. Все документы соответствуют требованиям «Положения о порядке присуждения ученых степеней».
ПРЕДСЕДАТЕЛЬ: Имеются ли вопросы к ученому секретарю? Вопросов нет. Слово для доклада
предоставляется соискателю Солнцеву Михаилу Вячеславовичу.
СОЛНЦЕВ М.В.: Тема моей диссертации «Газодинамическое и тепловое взаимодействие струй
с поверхностью при воздействии сносящего потока».
Опыт применения охлаждаемых лопаток газовой турбины дефлекторной схемы охлаждения показал, что в современных ВРД бывают случаи перегрева лопаток на участке перехода от срединной части профиля (спинки) к участку выходной кромки. Как известно, в этой
зоне наружного обвода профиля происходит переход от ламинарного режима течения в пограничном слое к турбулентному. Конкретная координата точки перехода зависит в основ-
3
ном от числа Re, рассчитанного по параметрам обтекающего профиль потока. За характерный размер принимается расстояние до расчетного сечения от передней критической точки.
Эксперименты, проведенные в АМНТК «Союз» на пакетных установках показали, что в зависимости от числа Re перехода от одного режима течения к другому может либо не быть
вовсе, либо он произойдет на срединном участке профиля выше по потоку относительно сечения, в котором располагается “горло” межлопаточного канала. Столь широкий диапазон
изменения параметров потока удавалось достичь с одной стороны применением дожимателя,
позволяющего поднять уровень давления потока перед решеткой профилей до 3,2 Мпа, с
другой стороны эксгаустера, с помощью которого достигалось разрежение за решеткой профилей -~0,009 Мпа. Таким образом, точка перехода от ламинарного режима течения к турбулентному располагалась то в зоне расположения дефлектора, то в зоне каналов охлаждения
выходной кромки лопатки. Если говорить о величине коэффициентов теплоотдачи на внутренней поверхности профиля лопатки в этих зонах, то приходится отметить, что в зоне расположения дефлектора он существенно ниже (примерно в 20,8 раза) по сравнению с каналами
выходной кромки. Это связано с тем, что по своей конструкции дефлекторная лопатка исполняется таким образом, что площадь проходного сечения каналов между дефлектором и
внутренней поверхностью лопатки близка по величине к площади проходного сечения каналов охлаждения выходной кромки лопатки. Для обеспечения необходимой величины интенсивности охлаждения в этой части профиля и применяется струйная система охлаждения, это
показано на плакате№1
Расчеты, проведенные по опубликованным методикам, не позволили получить достоверных
данных о тепловом состоянии стенки лопатки в случае применения струйной системы охлаждения на указанном участке профиля лопатки.
Для обобщения экспериментальных данных по коэффициентам теплоотдачи необходимо располагать набором величин являющимися условиями однозначности и входящими в
определяющие критерии подобия. Такими величинами являются градиент скорости в области критической точки, скорость на внешней границе пограничного слоя, координата критической точки, расстояние от критической точки до рассматриваемого сечения, т.е. размер
определяющий толщину образующегося на охлаждаемой поверхности пограничного слоя, а,
следовательно, и величину коэффициента теплоотдачи. Кроме того, необходимо определить
коэффициент теплоотдачи по истинной разнице температур определяющей тепловой поток, а
ей, как известно, является разница между температурой охлаждаемой поверхности и температурой характеризующей энергию газа у стенки, т.е. в данном случае, для имеющих место
скоростей потока, температурой на внешней границе образующегося на охлаждаемой поверхности пограничного слоя.
4
Анализ проведенных ранее исследований струйных систем охлаждения показал, что в
них в качестве условий однозначности в подавляющем большинстве случаев используются
такие величины как скорость истечения на срезе сопла струйной системы, диаметр сопла,
расстояние от среза сопла до охлаждаемой поверхности, параметр вдува, представляющий
собой отношение кинетических энергий струйного и сносящего потоков воздуха.
Разными авторами в качестве разницы температур определяющей тепловой поток использовалась разница между температурой стенки и температурой струйного потока на срезе
сопла, температурой стенки и температурой сносящего потока, температурой стенки и среднемассовой температурой струйного и сносящего потоков воздуха. Такой выбор условий однозначности входящих в определяющие критерии подобия и разницы температур определяющей тепловой поток делает полученные в результате экспериментального исследования
методики расчета струйных систем довольно частными с небольшим диапазоном применимости, определяемым условиями геометрического соответствия исследованных и рассчитываемых систем. Кроме того, затруднительно было рассчитывать струйные системы с заметно
отличающейся от исследованной разницей температур струйного и сносящего потоков воздуха.
На плакате №2 показано натекание на поверхность двух затопленных струй сформированных соплами различного диаметра, расположенными на одном безразмерном расстоянии от поверхности. Тогда, если принять число Re0.8, рассчитанное по параметром потока на
срезе сопла, в котором за характерный размер принят диаметр сопла, за основной определяющий критерий подобия, придется сделать вывод, что коэффициенты теплоотдачи в критической точке для этих двух случаев отличаются как отношение характерных размеров в степени 0,2. Тогда как на самом деле разница коэффициентов теплоотдачи будет гораздо значительнее, а именно равна корню квадратному из отношение градиентов скорости в области
критической точки.
Рассмотрим, какими факторами определяется градиент скорости в окрестности критической точки:
- во-первых, разворотом потока, характеризующимся тем, что струйки тока при удалении от оси струи к ее периферии в зоне разворота струи у поверхности подходят
к поверхности под все меньшим углом;
- во-вторых, поперечным профилем скорости в струе и его изменением при переходе
от начального участка струи к основному
- в-третьих, абсолютным значением скорости на оси струи при подходе ее к поверхности и шириной струи;
- в-четвертых, профилем скорости на срезе сопла.
5
- в-пятых, турбулентностью на срезе сопла.
Таким образом, максимум градиента скорости, а, следовательно, и коэффициента теплоотдачи в окрестности критической точки в зависимости от безразмерного расстояния от
среза сопла следует ожидать при натекании на стенку конца начального участка струи, что и
видно на плакате №5.
Остановимся на некоторых моментах технологии и программы проведения экспериментальных исследований. Как уже говорилось основным параметром, определяющим теплообмен в области критической точки, является градиент скорости. На его величину в основном оказывают влияние такие параметры как скорость истечения из сопла, диаметр сопла, параметр вдува и расстояние от среза сопла до поверхности теплообмена. Для того чтобы
выявить влияние каждого из указанных параметров на величину , необходимо в эксперименте менять один из них. Этого можно достичь, приняв следующую технологию проведения эксперимента. Влияние параметра вдува на  определяется при постоянной скорости истечения из сопла за счет изменения скорости сносящего потока. В большинстве опубликованных работ на это обстоятельство не обращалось внимания. Экспериментальные серии
проводились для нескольких значений скорости истечения во всем диапазоне изменения значений параметра вдува, диапазон изменения безразмерного расстояния от среза сопла до поверхности теплообмена составил 1.67…3.67 калибров
Модель, для исследования газодинамических характеристик потока, должна обеспечить
определение, как положения критической точки, так и величины градиента скорости в ее
окрестности. Координата точки удара струи о поверхность во всем диапазоне изменения значений определяющих параметров находилась по положению максимума давления на стенке.
В случае натекания затопленной струи на поверхность один из капилляров для отбора давления со стенки совмещался с положением максимума давления. Шаг между точками отбора
статического давления необходимо было выбрать так, чтобы в градиентной области течения
находилось не менее пяти отборов как вверх, так и вниз по направлению сносящего потока
от точки удара. Для того чтобы ускорить проведение эксперимента и упростить выполнение
экспериментальной программы, представлялось целесообразным установить на модели такое
количество отборов статического давления, чтобы во всех диапазонах изменения параметров
вдува и высоты канала точка удара струи попадала в зону препарирования с вышеупомянутой разрешающей способностью. Для обеспечения необходимой разрешающей способности,
в соответствии с намеченной методологией эксперимента, отборы статического давления в
области расположения критической точки устанавливаются в стенке наружной трубы с шагом 0,75 мм. Необходимая длина участка препарирования составила 32 мм. Внутренний
диаметр капилляров отбора статического давления составляет 0,5 мм. Выше и ниже по пото-
6
ку от этой зоны капилляры располагаются с шагом 5 мм. Общая длина зоны препарирования
составляет 150 мм. Капилляры вставлялись и затем впаивались в специальную латунную деталь.
Эксперимент по определению температуры теплоизолированной поверхности проводится при значениях Tf =280К, Tj =430…490К. Не представлялось возможным проводить ис0
следование с помощью одной экспериментальной модели, поскольку препарирование нагреваемой тонкой стенки потребным количеством отборов статического давления повлечет за
собой значительное и трудно прогнозируемое изменение локального тепловыделения и перетоков тепла. Это внесет недопустимую погрешность в определение локальных значений температуры теплоизолированной стенки и коэффициента теплоотдачи. Поэтому решено настоящее исследование проводить с использованием двух экспериментальных моделей. Одна из
них препарирована капиллярами для отбора статического давления с поверхности, на второй
- осуществлено препарирование теплоотдающей поверхности микротермопарами, приваренными с ее наружной стороны.
Схема используемого экспериментального участка приводится на плакате №3. Экспериментальная модель состоит из двух концентрически расположенных труб. При исследовании газодинамического воздействия струйного потока на поверхность использована толстостенная труба из нержавеющей стали (=5 мм), а для исследования тепловых характеристик
тонкостенная (=0,3 мм). Внутренний диаметр обеих наружных труб составляет 64 мм. Воздух, для образования сносящего потока, подводится в зазор между внутренней и наружной
трубами через улиточный вход и систему отверстий, равномерно расположенных по окружности. Между улиткой и экспериментальной моделью установлена проставка и хонейкомб
для обеспечения стабилизации и выравнивания потока воздуха. Отвод воздуха осуществляется также через улитку и выхлопную систему экспериментального стенда. Для образования
струйной системы использовалась внутренняя труба, которая выполнена сменной. Относительная высота канала изменялась за счет изменения диаметра внутренней трубы. Струйная
система моделировалась при помощи профилированных по Витошинскому сопел диаметром
6 мм, вставляемых в специально выполненные отверстия внутренней трубы. Имея в виду отношение диаметров наружной трубы и сопла можно допустить, что рассматривается случай
натекания струй на плоскую поверхность. Препарирование проводилось по образующей
наружной трубы.
Сложность исследуемых газодинамических и теплофизических процессов обуславливает целесообразность изучения на первом этапе наиболее простого случая взаимодействия
струи с поверхностью в условиях воздействия сносящего потока, к которому относится истечение из сопла струи с равномерным профилем скорости и температуры и низкой степенью
7
турбулентности на его срезе, а также реализацию сносящего потока с равномерным профилем скорости и температуры. Это в свою очередь влечет за собой необходимость тщательной
доводки экспериментальных участков. Доводочные работы по созданию струйного потока
были направлены на достижение равномерного профиля скорости и температуры и получения возможно низкой степени турбулентности по срезу сопла. Для организации струйного
потока воздуха было изготовлено сопло с выходным диаметром 6 мм, спрофилированное по
Витошинскому с острыми кромками на входе и степенью поджатия около 4. Для получения
равномерного профиля скорости на входе в сопло были установлены сферическая и двойная
плоская сетки, закрепленные тонкостенным кольцом, припаянным к наружной поверхности
сопла. После этого в штатной компоновке экспериментального участка были произведены
измерения профиля полного давления по срезу сопла при истечении струи в неподвижную
среду. Измерения проводились трубкой Пито с наружным диаметром 0,4 мм и внутренним
0,2 мм. Полученные профили скорости показали, что неравномерность профиля скорости по
срезу сопла составила 1%. В работе не проводилось измерений степени турбулентности потока по срезу сопла. Косвенно о возможной ее величине можно судить по длине потенциального ядра струи, которое составило около 4,5 калибров. Это позволяет заключить, что величина степени турбулентности на срезе сопла была незначительна.
Следующим этапом доводки экспериментальной модели было получение равномерного
профиля температуры по срезу сопла во всем диапазоне режимов течения. Мероприятием,
препятствующим охлаждению потока воздуха внутри внутренней вставки, может быть теплоизоляция, в качестве которой была использована листовая тонкостенная цилиндрическая
вставка (=0,05 мм) со сферическими выштамповками для создания воздушного зазора между ней и стенкой внутренней трубы. Это обеспечило равномерный профиль температуры по
срезу сопла.
Экспериментальная установка оснащена двумя воздушными магистралями для создания сносящего потока и струйной системы, работающими независимо друг от друга, схема
которых приведена на плакате№4. Магистрали снабжаются сжатым воздухом от баллонной
станции. Пропускная способность редукторов на рабочем перепаде более 2 кг/сек каждого.
Суммарная электрическая мощность подводимая к экспериментальному стенду и затрачиваемая на нагрев экспериментального участка и струйного потока воздуха составляла 150 Квт.
Прежде чем приступить к изложению результатов исследования необходимо сказать,
что данная работа была выполнена во многом благодаря научным школам созданным на кафедре 201 по теории турбулентных струй Абрамовичем Г.Н., Бакулевым В.И., Голубевым
В.А., Макаровым И.С., Климкиным В.Ф. и кафедре 204 по теории тепломассообмена академиком Авдуевским В.С.
8
На плакате №5 приводятся результаты исследования изменения безразмерного градиента скорости в области критической точки, проведенные на настоящей установке без сносящего потока и проведено их сравнение с результатами аналогичных исследований проведенных другими авторами. Видно вполне удовлетворительное их совпадение.
На плакате №6 предлагаются результаты исследования, характеризующие отклонение
координаты критической точки и точки в которой достигается максимум температуры теплоизолированной поверхности, при взаимодействии струи с поверхностью в условиях воздействия сносящего потока, в зависимости от параметра вдува и высоты канала. Из сравнения этих данных с отклонением траектории струи безграничным сносящим потоком видно,
что влияние стенки приводит к уменьшению отклонения струи сносящим потоком. Причем
отклонение уменьшается тем больше, чем меньше высота канала h . Отмеченную особенность можно объяснить эжектированием струей газа находящегося между ней и стенкой. Как
следствие этого возникает разница давлений, под действием которой струя прижимается к
стенке. Из рассмотрения данных также видно, что положение критической точки лежит выше по потоку, чем максимум величины Tw ад . Причем тем выше, чем меньше высота канала и
параметр вдува. Так при значении высоты канала 1,67 и параметре вдува 4 эта разница составила около 5 калибров. Смещение разделяющей линии тока, приходящей в критическую
точку, относительно оси струи приведет к тому, что находящийся на оси струи максимум
температуры после разворота струи, по направлению сносящего потока, будет отстоять от
стенки на некоторое расстояние, как это показано на плакате №1. Поэтому происходящий
процесс турбулентного перемешиванию пристенных струек со струйками, отстоящими на
некотором расстоянии от стенки вниз по потоку от критической точки, приведет к росту
температуры на внешней границе пристенного пограничного слоя.
Зависимость безразмерного градиента скорости для различных высот канала приведена
на плакате №7. Смещение максимума в зависимостях  0 ( W ) в сторону больших параметров вдува при увеличении высоты канала связано со значительным изменением длины
начального участка струи. Конец начального участка натекает на поверхность при тем больших параметрах вдува, чем больше высота канала. Причина возникновения максимума усиливается тем, что при сохранении постоянной скорости в потенциальном ядре на оси струи,
происходит более интенсивное торможение ее периферийных струек, взаимодействующих
со сносящим потоком, приводящее к более резкому характеру изменения скорости в поперечном сечении, по сравнению со случаем затопленной струи, что приводит к большему росту величины градиента скорости.
Зависимости безразмерной температуры теплоизолированной поверхности в критиче-
9
ской точке и в точке с максимальным значением безразмерной температуры теплоизолированной поверхности приводятся на плакате №8.
Обобщение изменения температуры теплоизолированной поверхности вниз по потоку
от точки с максимальным значением температуры теплоизолированной поверхности и вверх
по потоку от критической точки проводился с использованием приближенной теории распространения струи в спутном и встречном потоках Г. Н. Абрамовича. Согласно этой теории
критерием, характеризующим изменение величины безразмерной температуры адиабатной
стенки, является безразмерная координата X 0.5 i =
xi
, где x0,5 –расстояние, на котором безx 0,5
размерная относительная температура теплоизолированной стенки  составляет 50% от значения в точке c Tw
ад max
или c Tw
ад кр
 
, а xi-текущее расстояние. Зависимости  i X 0.5 вверх
против потока от критической точки и вниз по потоку от точки с Tw
ад max
приведены на пла-
кате №.9. Как и следовало ожидать, зависимости носит автомодельный характер как по параметру вдува, так и по высоте канала. Обобщение экспериментальных данных по температуре теплоизолированной поверхности между критической точкой и точкой с максимальным
значением температуры теплоизолированной поверхности приводится на графике плаката
№9. Обобщение параметров характеризующих дальнобойность спутной струи приводится на
десятом плакате. Обращает на себя внимание слабая зависимость дальнобойности струи от
параметра спутности.
Результаты исследования коэффициентов теплоотдачи приведены на одиннадцатом
плакате. Необходимо отметить наличие вторичных максимумов в этих зависимостях по
обеим сторонам от критической точки. Максимумы наблюдаются при больших параметрах
вдува для высот канала 1,67…2,33.
Представляется возможным сравнить полученные значения коэффициентов теплоотдачи в
области критической точки при натекании струи на поверхность в условиях воздействия
сносящего потока с известной зависимостью, характеризующей теплообмен в критической
точке при осесимметричном течении. Необходимо обратить внимание на то, что такое сравнение, возможно, провести лишь располагая расчетными зависимостями для определения
градиента скорости и температуры потока на внешней границе пограничного Проведенное
на плакате№12 сравнение показывает, что зависимость удовлетворительно обобщает результаты настоящего исследования закономерности изменения коэффициента теплоотдачи в
области критической точки. h  1.67...2.33 . Представляет интерес зависимость Nuкр( W ) для
различных высот канал на том же плакате., из которой хорошо виден, максимум значения
Nuкр, вызванный соответствующим изменением градиента скорости и его смещение в сторо10
ну больших значений W при увеличении высоты канала. Суть этого можно объяснить, принимая во внимание, что значение Nu кр
max
реализуется при натекании на поверхность обла-
сти струи, в которой расположен конец начального участка. Кроме того, происходит сжатие
струи в направлении сносящего потока и приобретение её поперечным сечением формы эллипса, что ещё более усиливает этот эффект.
Рассмотрим изменения коэффициентов теплоотдачи в области монотонного уменьшения в
направлении вниз по потоку от критической точки, которое приведено, которое на плакате
№11. В работах Жесткова Б.А. указывается, что зависимостью обобщающей теплообмен для
этого класса течений, является критериальное уравнение для расчета теплообмена в пограничном слое, образующемся на плоской пластине. Для этого необходимо помимо исследований закономерностей изменения температуры теплоизолированной поверхности располагать
зависимостями для расчета скорости на внешней границе пограничного слоя. В монографии
Абрамовича Г.Н. предложены зависимости, позволяющие связать расчет температуры и скорости на оси спутной струи. Результаты исследования изменения скорости и температуры на
внешней границе пограничного слоя при распространении изобарических струй вдоль стенки в спутном потоке указывают на то, что влиянием на них, образующегося на поверхности
пограничного слоя при X d < 50, можно пренебречь. Кроме того, там же приводятся данные
экспериментального исследования спутных пристенных струй, результаты которого позволяют заключить, что при скорости струи больше скорости спутного потока и при большой
начальной неравномерности потоков протекание параметров течения на внешней границе
пограничного слоя, образующегося на стенке, близко к протеканию параметров вдоль оси
свободной затопленной струи. Иными словами, говорится о слабой зависимости параметров
течения на границе пограничного слоя, от параметра спутности.
На плакате№13 приведено сравнение коэффициентов теплоотдачи, измеренных в настоящем исследовании, с зависимостью для расчета теплообмена на плоской пластине. Значения
критерия Re x
w
вычислены с учетом вышеприведенных замечаний. Характерный размер,
входящий в критерии подобия, отсчитывается от критической точки. Результаты сравнения
показывают, что удается достичь удовлетворительного обобщения полученных экспериментальных данных.
На том же плакате приводится обобщение полученных результатов в зоне немонотонного
изменения коэффициентов теплоотдачи с помощью безразмерных комплексов.
На плакатах №14 и№15 в качестве примера приводятся результаты исследования локальных значений безразмерных температуры адиабатной стенки и коэффициента теплоотдачи по всей поверхности растекания струи.
11
На плакате №16 показаны особенности отклонения струй входящих в систему с разным шагом между струями. Если принять, что струя в системе отклонилась на величину X
таким же параметром вдува, что и одиночная, то удается достичь хорошего обобщения результатов по системе струй на основании результатов по одиночной струе. Проведенное таким образом обобщение приведено на плакате №16.
Спасибо за внимание.
ПРЕДСЕДАТЕЛЬ: Прошу задавать вопросы соискателю.
КРЫЛОВ Б А. (к.т.н.,доц.):На восьмом плакате у Вас приведен график изменения температуры
теплоизолированной поверхности вниз по потоку от критической точки до точки с её максимальным значением. Поясните это еще раз поподробнее. И второй
вопрос. На плакате №11 вторичный максимум коэффициента теплоотдачи
выше его значения в критической точке, в чем физика такого соотношения?
СОЛНЦЕВ М.В.: У нас не было возможности нагревать во время эксперимента сносящий поток,
чтобы полностью смоделировать течение в каналах охлаждения лопатки газовой турбины. Поэтому нагревался струйный поток воздуха. Это представлялось
допустимым, имея в виду относительно небольшое отношение температур этих
потоков в реальных условиях. В этом случае пересчет температур на обратное
соотношение не вызывает особых трудностей. Поэтому вниз по потоку от критической точки мы наблюдаем рост безразмерной температуры. Это изменение
вызвано тем, что в критическую точку приходит линия тока лежащая не на оси
струи, а смещенная против направления сносящего потока. Смещение разделяющей линии тока, приходящей в критическую точку, относительно оси
струи, будет равнозначно тому, что струю как бы рассекли несимметрично
плоскостью. Большая часть её потекла вниз по потоку, а меньшая против
направления сносящего потока. Это в свою очередь приведет к тому, что находящийся на оси струи максимум температуры после разворота части струи, по
направлению сносящего потока, будет отстоять от стенки на некоторое расстояние, как это показано на плакате №2. Поэтому процесс турбулентного перемешивания пристенных, более холодных струек, с, отстоящими на некотором
расстоянии от стенки, относительно горячими струйками, происходящий вниз
по потоку от критической точки, приведет к росту температуры на внешней
границе пристенного пограничного слоя.
Второй максимум на распределении коэффициентов теплоотдачи в области
критической точки вызван, по всей видимости, переходом ламинарного течения в пограничном слое в турбулентное. В области критической точки наблю-
12
дается, как известно, линейное нарастание скорости. Это приводит к постоянной толщине пограничного слоя, а, следовательно, и к постоянному коэффициенту теплоотдачи. В турбулентном пограничном слое процессы переноса тепла
происходят более интенсивно, чем в ламинарном, а ламинарный пограничный
слой в условиях сильно турбулизированного внешнего потока существовать
долго не может. Поэтому переход к турбулентному течению в пограничном
слое происходит на небольшом удалении от критической точки при относительно небольшой его толщине, что и приводит к величине вторичного максимума коэффициента теплоотдачи большей, чем его значение в критической
точке.
ПРЕДСЕДАТЕЛЬ: Есть еще вопросы?
ДУБЕНЕЦ С.А. (член совета, д.т.н., проф.): Можно ли как-нибудь поконкретнее привязать результаты исследования непосредственно к лопатке. Каким образом эти эксперименты и выводы можно использовать практически?
СОЛНЦЕВ М.В.: Не было времени на этом останавливаться, но, отвечая на вопрос, необходимо
сказать, что эта работа является плодом моей работы в опытном конструкторском бюро и более чем двадцатилетней работы в МАИ. Кроме того, что не было сегодня доложено, существует компьютерная программа для проектирования системы охлаждения лопаток газовой турбины. Эта программа на протяжении ряда лет с успехом применяется в практике проектирования в АМНТК
«Союз». Как видно даже из плакатов все критериальные зависимости имеют
выражение в виде аналитических зависимостей. Это дало возможность использовать их при развитии программы проектирования и рассчитывать с их использованием вновь создаваемые конкретные лопатки.
ПРЕДСЕДАТЕЛЬ: Да, мы поняли, что в лице соискателя имеем дело со сложившимся специалистом . Насколько я понял, Вы в Лужниках на 300-м заводе работали, и больше
не было приложений по данной работе, да?
СОЛНЦЕВ М.В.: Да, на 300-м. Ещё приходилось выполнять, по просьбе Ведущей организации,
расчет граничных условии теплообмена в применяющихся у них лопатках газовых турбин.
ПРЕДСЕДАТЕЛЬ: У Вас очень много эксперимента, Вы методы планирования эксперимента
какие-нибудь использовали?
СОЛНЦЕВ М.В.: Если на этот вопрос отвечать без подробностей, то я должен ответить: «Нет».
ПРЕДСЕДАТЕЛЬ: Профессор Козлов, пожалуйста.
КОЗЛОВ А.А. (член совета, д.т.н., проф.): Вот в этой программе, которую Вы упомянули, что
13
является входными параметрами по расчету локальных граничных условий.
СОЛНЦЕВ М.В.: Входными являются параметры рабочего процесса двигателя, неравномерность
температурного поля за камерой сгорания, геометрия наружных обводов профиля лопатки и отпущенный расход охлаждающего воздуха конечно, а выходными: распределение температуры по поверхности лопатки.
ПРЕДСЕДАТЕЛЬ: Так!. Кто ещё? Пожалуйста, какие ещё вопросы? Всё ясно?
ДУБЕНЕЦ С.А. (член совета, д.т.н., проф.): По экспериментальной установке. Опрос всех этих
точек и термопар куда вкладывался?
СОЛНЦЕВ М.В. Мы со страхом вспоминаем этот эксперимент и то количество точек, которое
приходилось обрабатывать. Поскольку эксперимент проводился в то время, когда персональный компьютер, к сожалению, не так широко использовался в
экспериментальной практике как сейчас, то мы использовали измерительный
комплекс с автоматическим опросом 60 каналов, в котором сигнал с датчиков
давления и термопар измерялся и выводился на перфоленту. Количество точек
за экспериментальный день доходило до 2-х, 3-х, и даже 5-и тысяч. Потом весь
этот материал расшифровывался и обрабатывался с помощью ЭВМ.
ПРЕДСЕДАТЕЛЬ: Так, возникли у кого-нибудь ещё вопросы из членов Совета или приглашенных
или все? Все, да? Спасибо, Алексей Борисович, нет? Спасибо. Слово предоставляется ученому секретарю
УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ: В связи с болезнью научного руководителя позвольте зачитать его отзыв.
ПРЕДСЕДАТЕЛЬ: Нет возражений? Нет. Пожалуйста, продолжайте.
УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ: Зачитывает отзыв. Отзыв положительный. Отзыв прилагается.
ПРЕДСЕДАТЕЛЬ: Есть ли вопросы по отзыву научного руководителя? Вопросов нет. Спасибо. В
соответствии с процедурой переходим к обсуждению работы. Прошу ученого
секретаря огласить заключение кафедры «Авиационная и ракетно-космическая
теплотехника» МАИ, отзыв ведущей организации и другие, поступившие в
диссертационный совет отзывы на диссертацию и автореферат. Слово предоставляется ученому секретарю.
УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ: В деле присутствует выписка из заседания кафедры «Авиационная и
ракетно-космическая теплотехника» МАИ. В ней отмечается актуальность темы диссертации, научная новизна и практическая значимость полученных результатов. Зачитывает выписку. Выписка прилагается.
В деле присутствует отзыв ведущей организации ТМКБ «Союз», составленный
начальником отдела теплотехнических расчетов Пушкиным Ю.Н. и ведущим
инженером к.т.н. Бутоновым В.В. и утвержденный Первым заместителем
14
Главного конструктора ТМКБ «Союз» к.т.н. Лобуревым А.В.. Зачитывает отзыв ведущей организации.. Отзыв положительный. Отзыв прилагается
ПРЕДСЕДАТЕЛЬ: Имеются ли вопросы по отзыву ведущей организации? Вопросов нет. Пожалуйста,
дальше.
УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ: На автореферат диссертации поступили отзывы из 4-х организаций. Все
отзывы положительные. Разрешите сделать их обзор с указанием отмеченных в
них замечаний.
ПРЕДСЕДАТЕЛЬ: Имеются ли возражения? Нет.
УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ: На автореферат диссертации поступили отзывы из следующих организаций:
1. Уфимский государственный авиационный технический университет. Отзыв составлен д.т.н., профессором кафедры «Авиационная теплотехника и теплоэнергетика»
Трушиным В.А.
2. Московский энергетический институт МЭИ. Отзыв составлен д.т.н., профессором
кафедры «Инженерная теплофизика» Кузьма-Китча Ю.А.
3. ФГУП ММПП «Салют». Отзыв составлен начальником конструкторского бюро
перспективных разработок, к.т.н. Рыбко В.А. и ведущим конструктором Кинзбурским В.С. и утвержден Заместителем Генерального директора по науке ФГУП
ММПП «Салют» д.т.н., профессором Крымовым В.В.
4.ОАО АМНТК «Союз». Отзыв поступил от Первого заместителя Генерального конструктора к.т.н. Наумова А.Н.
Все отзывы отмечают актуальность темы исследования Солнцева М.В., подчеркивают важность поставленных задач и работы автора.
В отзывах также указываются замечания, которые носят рекомендательный характер и не
отражаются на общей высокой оценке работы:
-
на практике в системах со струйным охлаждением деталей в основном встречаются
плоские и мало изогнутые каналы, автор же исследовал цилиндрический.
-
сносящий поток на практике образуется, в большинстве случаев, за счет воздуха
предыдущих струй и потому переменен по длине канала с перфорированным дефлектором. В автореферате ничего не сказано об этом факторе. Нет сопоставлений
результатов автора с данными Керчера и Табакова.
-
в автореферате не поясняются причины возникновения вторичных максимумов на
распределении коэффициентов теплоотдачи.
-
неполное описание обозначений некоторых относительных величин на графиках.
ПРЕДСЕДАТЕЛЬ: Имеются ли вопросы к ученому секретарю? Вопросов нет. Для ответа на заме-
15
чания в отзывах слово предоставляется соискателю Солнцеву М.В.
СОЛНЦЕВ М.В.: В докладе мною отмечалось, что соотношение диаметров сопел струйной системы и наружной трубы экспериментального участка выбрано таким образом,
что рассматривается натекание струй на плоскую поверхность.
Сопоставлений с данными Керчера и Табакова нет потому, что они в своей работе рассматривали средний теплообмен, в качестве условий однозначности,
входящих в определяющие критерии подобия, использовали параметры течения и геометрические размеры на срезе сопла, а в качестве разницы температур, определяющей тепловой поток, разницу между температурой стенки и
температурой струи на срезе сопла.
Про причины возникновения вторичных максимумов в распределении коэффициентов теплоотдачи уже говорилось достаточно подробно.
С остальными замечаниями следует согласиться и учесть их в будущей работе.
ПРЕДСЕДАТЕЛЬ: Спасибо. Есть ли еще вопросы к соискателю? Вопросов нет. Слово предоставляется официальному оппоненту доктору технических наук, профессору Российского государственного технологического университета им. К.Э. Циолковского «МАТИ» Шевченко И.В.
ШЕВЧЕНКО И.В.: Сначала о самой работе и её актуальности. Всем известно, что струйное охлаждение широко применяется в дефлекторных лопатках и сопловых аппаратах.
Если посмотреть на современные исследования, в том числе американские за
2002 год, то мы увидим, что интерес к струйному охлаждению не упал. Энергетические машины температура перед турбиной которых находится на уровне
РД-33, т.е. 1760К все полки сопловых аппаратов охлаждаются в них струями со
сносящим потоком.
По струйным системам. Вы все себе представляете, какая масса работ. Возникает вопрос: «Какое место занимает эта работа в том поле работ, которое существует?». Что бы я хотел выделить? В этой работе сделана успешная попытка
получить количественные результаты по тем процессам, которые все описывали качественно. В критериальных уравнениях для расчета коэффициента теплоотдачи, которых было получено очень много, все они разнятся ну на порядок, ну в разы, а два или три раза это норма. Применимость их, она ограничена
теми геометрическими параметрами, на которых был сделан эксперимент.
Здесь несомненный интерес представляет этот подход, который разделил температуру струи и сносящего потока, и измерялась температура адиабатной
стенки. Действительно удалось впервые получить температуру для расчета ко-
16
эффициента теплоотдачи. Когда мы считаем, всегда хотелось знать эту температуру и подсчитать газодинамику. Вот в этой работе эта попытка успешно
сделана. Теперь по самой работе, что я хотел бы отметить. Первая глава. В
первой главе диссертантом сделан обзор по этой тематике. Первая глава занимает 60 страниц. Этот обзор, вообще говоря, он достоин уважения. Это фундаментальная работа, которую нужно отдельно издавать.
Зачитывает отзыв. Отзыв положительный. Отзыв прилагается.
ПРЕДСЕДАТЕЛЬ: Есть ли вопросы к официальному оппоненту? Вопросов нет. Второй официальный оппонент, здесь присутствующий, Голубев Виктор Андреевич к.т.н., профессор кафедры «Теория, расчет и проектирование авиационных двигателей и
энергетических установок» Московского авиационного института (государственного технического университета). Он себя неважно чувствует, ему тяжело
говорить. Нет возражений, если за него прочитает отзыв ученый секретарь?
Возражений нет. Слово предоставляется ученому секретарю.
УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ: Зачитывает отзыв. Отзыв положительный. Отзыв прилагается.
ПРЕДСЕДАТЕЛЬ: Есть ли вопросы к официальному оппоненту? Вопросов нет. Слово для ответа
на замечания официальных оппонентов предоставляется Солнцеву М.В.
СОЛНЦЕВ М.В.: Одно замечание является, по- моему мнению, довольно серьезным, а именно, по
поводу диапазона исследованных параметров, и мне хотелось бы сказать несколько слов. Да, оппонент совершенно прав, когда говорит о том, что в работе
прямо не указан диапазон изменяемых в работе режимных параметров и это
действительно упущение. Однако, если посмотреть на приводимые графики, то
можно видеть, что параметр вдува изменяется от 1 до бесконечности и изменение критерия Рейнольдса, рассчитанное по параметрам потока на внешней границе пограничного слоя, происходит во всем возможном диапазоне. Я благодарен официальным оппонентам за внимательное отношение к моей работе и
сделанные замечания.
ПРЕДСЕДАТЕЛЬ: Имеются ли вопросы к соискателю? Вопросов нет. Продолжаем обсуждение.
Кто желает выступить по обсуждаемой работе? Слово предоставляется профессору Дзюбенко Б.В..
ДЗЮБЕНКО Б.В. (член совета, д.т.н., проф.): Надо сказать, что мы сегодня заслушали весьма
интересную работу. Дело в том, что последнее время мы заслушиваем работы
которые посвящены исследованию расчетно-теоретических моделей они являются, конечно, современными, но экспериментальные данные, конечно, они не
могут заменить. То, что мы увидели прекрасную работу, выполненную для
17
сложного весьма течения, которым является обтекание поверхности струями и
сносящим потоком это, конечно, замечательно. Надо согласится с оппонентом,
что работа традиционная, такая фундаментальная работа, которая включает в
себя постановку задачи, сделанную экспериментальную установку, экспериментальные модели, методы исследования, что позволило получить обширные
экспериментальные данные по полям давления и температуры. которые были
обобщены весьма успешно и удачно и позволили определить температурное
состояние поверхности лопатки турбины. Короче говоря, обобщение экспериментальных данных позволило смоделировать условия теплообмена, и мы имеем здесь и теоретические данные и практическое приложение. Здесь также заложена возможность для дальнейших исследований, т.е. можно сделать математическое моделирование на базе полученных экспериментальных закономерностей. Таким образом, я считаю, что работа удовлетворяет всем требованиям, предъявляемым ВАК к кандидатским диссертациям, а автор вполне заслуживает ученой степени кандидата технических наук.
ПРЕДСЕДАТЕЛЬ: Спасибо. Кто еще желает выступить? Профессор Козлов.
КОЗЛОВ А.А. (член совета, д.т.н., проф.): Слушая эту работу, мне невольно вспоминаются работы
Вячеслава Павловича Солнцева, который создал свою школу и установку очень
серьезную на кафедре 204. Очень приятно видеть, что диссертант продолжает
развивать, на ранее полученных результатах, на ранее созданных традициях,
успешно развивать, это направление. Мне представляется, что действительно
работа выполнена в классическом духе, достаточно редкая, громадное количество экспериментального материала, который вообще удивительно как могли
обработать, потому, что на вычислительной технике недавнего времени это
было весьма проблематично, но, тем не менее, получены очень интересные результаты по местным значениям коэффициентов теплоотдачи, которые можно
использовать при конкретных расчетах охлаждения элементов конструкций реактивных двигателей охлаждаемых струями и сносящим потоком и везде где
такой тип охлаждения используется. Мне хотелось бы в заключение, я поддержу эту работу, которая вполне соответствует кандидатской работе, пожелать
автору чтобы полученные результаты были использованы для решения конкретных технических задач по охлаждению элементов двигателя потому, что
всегда имеется разрыв между газодинамиками, теплофизиками и инженерами
тепловиками. Которые вообще с недоверием относятся к средним коэффициентам теплоотдачи, а здесь как раз тот случай когда можно получить аккуратную
18
расчетную модель для расчета элементов конструкций с использованием полученных результатов.
ПРЕДСЕДАТЕЛЬ: Спасибо. Кто еще будет выступать? Александр Сергеевич, может быть, Вы
скажете два слова?
МЯКОЧИН А.С. (зав. каф. 204 к.т.н., проф.): Два слова я конечно скажу. Актуальность работы,
насколько я понял, у членов совета не вызывает ни малейших сомнений. Действительно то, что Михаилу Вячеславовичу удалось обобщить, не всегда удается обобщить в виде эмпирических зависимостей пригодных для расчетов.
Эта работа существенно дополняет, как справедливо заметили, большое количество, появившихся в последнее время расчетных моделей, расчетных систем
позволяющих проводить расчет полей температур, которые всегда требуют
проверки. Про Михаила Вячеславовича можно сказать, что ему следовало бы
давно защитить эту работу. И сейчас защищать уже следующую, для чего есть
все предпосылки, но ничего мы сейчас ему поможем, и глядишь так оно и будет.
ПРЕДСЕДАТЕЛЬ: Есть ли еще желающие выступить? Больше желающих нет. Все понятно? Достаточно, да? Заключительное слово предоставляется соискателю Солнцеву
М.В.
СОЛНЦЕВ М.В.: Разрешите поблагодарить председателя диссертационного совета, ученого секретаря, официальных оппонентов, членов диссертационного совета, всех присутствующих за проявленное внимание при обсуждении моей работы.
ПРЕДСЕДАТЕЛЬ: Переходим к вопросу о голосовании. Для проведения тайного голосования о
присуждении ученой степени кандидата технических наук предлагается избрать счетную комиссию в составе:
1.
Шорин В.П. (председатель комиссии), д.т.н., профессор;
2.
Козлов А.А., д.т.н., профессор;
3.
Рыбаков В.В., д.т.н., профессор.
Есть ли другие предложения? Других предложений нет. Предлагаю членам совета голосовать за данный состав счетной комиссии. Кто за? За – 18. Кто против? Против – нет. Кто воздержался? Воздержавшихся – нет. Счетная комиссия
избирается единогласно. Для проведения тайного голосования объявляется перерыв.
ПЕРЕРЫВ
ПРЕДСЕДАТЕЛЬ: Продолжаем работу совета. Слово для оглашения результатов тайного голосо-
19
вания предоставляется председателю счетной комиссии, д.т.н., профессору
Шорин В.П.
ШОРИН В.П. (председатель счетной комиссии, д.т.н., проф.): В утвержденный состав диссертационного совета входят 25 человек, на заседании присутствовало 18, в том числе
3 доктора наук по профилю рассматриваемой диссертации. Роздано бюллетеней для тайного голосования членам совета – 18, осталось не розданных бюллетеней – 7, оказались в урне – 18 бюллетеней.
Результаты голосования по вопросу присуждения ученой степени кандидата
технических наук Солнцеву Михаилу Вячеславовичу
за – 18, против – нет, недействительных бюллетеней – нет.
Прошу утвердить протокол счетной комиссии.
ПРЕДСЕДАТЕЛЬ: Предлагается утвердить протокол счетной комиссии. Кто за это предложение,
прошу проголосовать. Кто за? За – 18. Кто против? Против – нет. Кто воздержался? Воздержавшихся – нет. Протокол счетной комиссии утвержден единогласно.
На основании результатов голосования считать, что диссертационная работа
Солнцева Михаила Вячеславовича «Газодинамическое и тепловое взаимодействие струй с поверхностью при воздействии сносящего потока» соответствует требованиям ВАК РФ, предъявляемым к кандидатским диссертациям, а соискатель заслуживает присуждения ученой степени кандидата технических наук.
Михаил Вячеславович! Разрешите от имени совета поздравить Вас с успешной защитой
диссертации и пожелать успехов в дальнейшей работе.
По рассматриваемой работе необходимо принять Заключение. Членам совета
роздан проект заключения. Прошу членов диссертационного совета ознакомиться с текстом проекта. Предлагаю обсудить этот проект по разделам. Зачитывает 1-й раздел проекта Заключения «Актуальность темы диссертации».
Какие будут замечания по этому разделу?
АГУЛЬНИК А.Б.: Необходимо перенести фразу «Развитие …» в начало раздела. Далее убрать до
20
слов «В сочетании …»
ПРЕДСЕДАТЕЛЬ: Есть еще замечания? Нет замечаний. Переходим ко 2-му разделу проекта Заключения «Наиболее существенные результаты диссертационной работы».
Зачитывает 2-ой раздел проекта. Какие будут замечания по этому разделу?
Замечаний нет. Переходим к 3-му разделу проекта Заключения «Научная новизна полученных результатов». Зачитывает 3-й раздел проекта Заключения. Какие будут замечания по 3-му разделу проекта?
ДЗЮБЕНКО Б.В. (член совета, д.т.н., проф.): Предлагаю вместо « экспериментальные данные …»
и далее внести: -« показано, что если в качестве условий однозначности использовать полученные в настоящем исследовании значения параметров потока на внешней границе пограничного слоя, то экспериментальные данные по
определению коэффициента теплоотдачи в критической точке и на линии растекания струи по поверхности, проходящей через критическую точку в направлении сносящего потока удовлетворительно обобщаются известными критериальными зависимостями для расчета теплообмена в критической точки и на
плоской пластине.»
ПРЕДСЕДАТЕЛЬ: Есть еще замечания по 3-му разделу? Замечаний нет. Переходим к 4-му разделу
проекта Заключения «Степень обоснованности и достоверности полученных
научных результатов». Зачитывает 4-й раздел проекта Заключения. Прошу
давать свои предложения.
ПРЕДСЕДАТЕЛЬ: Замечаний нет. Переходим к 5-му разделу проекта Заключения «Практическая ценность полученных результатов». Зачитывает 5-й раздел проекта
Заключения. Какие будут замечания по нему? Замечаний нет. Переходим к 6-му
разделу проекта Заключения «Внедрение и рекомендации по дальнейшему
использованию диссертационных результатов». Зачитывает 6-й раздел
проекта Заключения. Какие будут замечания по этому разделу проекта?
АГУЛЬНИК А.Б.: Вместо фразы «Разработанная методика…» внести фразу «Разработанные методика расчета и программа проектирования системы охлаждения лопаток газовой турбины в настоящее время используется в МАИ и рекомендуется для использования на предприятиях авиационно-космического и энергетического
машиностроения, а также в учебном процессе авиационных ВУЗов».
ПРЕДСЕДАТЕЛЬ: Какие еще будут замечания? Замечаний нет. Переходим к 7-му разделу проекта
Заключения «Личный вклад автора». Зачитывает 7-й раздел проекта Заключения. Какие будут замечания по этому разделу?
ДУБЕНЕЦ С.А. (член совета, д.т.н., проф.): Последнюю фразу «Написание и подготовку …»
21
убрать. Это, само собой разумеется.
ПРЕДСЕДАТЕЛЬ: Какие еще будут замечания? Замечаний нет. Переходим к последнему 8-му
разделу проекта Заключения. Зачитывает 8-й раздел проекта Заключения. Какие будут замечания по этому разделу? Замечаний нет.
Есть еще замечания по проекту Заключения в целом? Нет замечаний. Предлагаю принять текст Заключения открытым голосованием. Есть возражения?
Возражений нет.
Кто за то, чтобы принять проект заключения с учетом сделанных замечаний?
За – 18. Кто против? Против – нет. Кто воздержался? Воздержавшихся нет.
Заключение принято единогласно.
Слово предоставляется ученому секретарю.
УЧЕНЫЙ СЕКРЕТАРЬ: Заключение Диссертационного совета Д212.125.08 при Московском
авиационном институте (государственном техническом университете) по диссертационной работе Солнцева Михаила Вячеславовича «Газодинамическое и
тепловое взаимодействие струи с поверхностью при воздействии сносящего потока», представленной на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 01.04.14 «Теплофизика и теоретическая теплотехника».
1. Актуальность темы исследования.
Развитие газотурбинных двигателей всех типов и назначений характеризуется в первую
очередь повышением температуры рабочего тела. В авиационно-космическом и энергетическом
машиностроении струйный обдув широко применяется в системах воздушного охлаждения элементов ГТУ и ВРД, в первую очередь лопаток турбин. В осуществленных конструкциях струйный обдув часто используется в сочетании с другими способами охлаждения (например, продольное обтекание), обеспечивая возможность оптимизации температурного поля деталей. Это
позволяет существенно снизить температуру лопатки по сравнению с температурой омывающего
ее газа. Все это и предопределяет актуальность цели и задач настоящего исследования.
2. Наиболее существенные результаты диссертационной работы:
-
создана методика расчета параметров течения на внешней границе пограничного слоя,
что позволило, на основании полученных экспериментальных данных, создать систему кри-
22
териальных уравнений для расчета локальных граничных условий теплообмена в струйных
системах охлаждения, справедливую в широком диапазоне изменения газодинамических,
теплофизических и конструктивных параметров струйной системы.
указан путь создания эффективных систем струйного охлаждения, т.е. выявлена возмож-
-
ность достижения приемлемой температуры охлаждаемой поверхности меньшим количеством охлаждающего воздуха
результаты исследования позволяют решить задачу достижения равномерного темпера-
-
турного поля охлаждаемой поверхности, и помогают устранить проблему, порожденную
большими нестационарными термическими напряжениями из-за неравномерного поля температуры элементов горячей части тракта современного воздушно-реактивного двигателя
3. Научная новизна, полученных результатов.
выявлено наличие максимума в зависимости, характеризующей изменение градиента
-
скорости в области критической точки от параметра вдува, для различных высот канала:
предложена модель течения, позволяющая объяснить как возникновение максимума, так
-
и его смещение в область больших значений параметра вдува при увеличении высоты канала;
-
установлено, что максимум значения температуры адиабатной (теплоизолированной) поверхности находится ниже по потоку по сравнению с положением критической точки, причем ниже тем значительнее, чем меньше высота канала и параметр вдува;
- вскрыто, что дальнобойность пристенной струи на линии растекания струи по поверхности,
проходящей через критическую точку в направлении сносящего потока, в данных условиях
практически не зависит от параметра спутности, а изменение безразмерных параметров по
длине пристенной струи автомодельно при изменении параметра вдува и высоты канала;
-
показано, что если в качестве условий однозначности использовать полученные в настоящем исследовании значения параметров потока на внешней границе пограничного слоя, то
экспериментальные данные по определению коэффициента теплоотдачи в критической точке
и на линии растекания струи по поверхности, проходящей через критическую точку в
направлении сносящего потока удовлетворительно обобщаются известными критериальными зависимостями для расчета теплообмена в критической точки и на плоской пластине;
-
получены зависимости для определения локальных значений температуры теплоизолированной поверхности и коэффициента теплоотдачи по всей поверхности растекания струи.
-
предложен метод учета взаимного влияния двух друг за другом расположенных струй
посредством введения понятия эффективного параметра вдува.
23
4. Степень обоснованности и достоверности полученных результатов.
- определяется надежностью методик проведения экспериментального исследования и подтверждена адекватностью экспериментальных и теоретических положений исследований содержащихся в работе.
5. Практическая значимость и ценность диссертационной работы.
Предложены методы и расчетные зависимости для определения значения координаты критической точки, градиента скорости в области критической точки, скорости потока на внешней
границе пограничного слоя, температуры теплоизолированной поверхности и коэффициента
теплоотдачи при тепловой защите поверхности при помощи струйной системы справедливые в
широком диапазоне изменения геометрических и режимных параметров. Это позволяет рассчитывать и оптимизировать струйные системы охлаждения в широком диапазоне изменения основных параметров. Кроме того, на основании результатов исследования указан путь создания
эффективных систем струйного.
6. Внедрение и рекомендации по дальнейшему использованию результатов диссертационной работы
Работа выполнена в рамках Государственной программы важнейших НИР и программы
«Научные исследования Высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники»
(подпрограмма «Топливо и энергетика»). Исследования выполненные в диссертации Солнцева
Михаила Вячеславовича являются работой по развитию лопаток дефлекторной схемы охлаждения. Обобщение полученных результатов в виде аналитических зависимостей дало возможность диссертанту воплотить их в компьютерную программу. Данные конкретных расчетов по
ней использовались при создании новых образцов охлаждаемых лопаток на предприятиях
АМНТК «Союз» и доводке изделий в ТМКБ «Союз». Разработанные методика расчета и программа проектирования системы охлаждения лопаток газовой турбины в настоящее время используется в МАИ и рекомендуется для использования на предприятиях авиационнокосмического и энергетического машиностроения, а также в учебном процессе авиационных
ВУЗов.
7. . Личное участие автора.
Диссертанту принадлежит инициатива в постановки задачи, разработке методики исследования и создании экспериментальной установки по исследованию тепломассообмена в рас-
24
сматриваемых струйных системах. Представленные в диссертационной работе результаты получены при непосредственном участии автора в качестве ответственного исполнителя работ по
данной тематике, включая проектирование и создание экспериментального стенда и экспериментальных моделей, разработку физических моделей, обработку, анализ и обобщение экспериментальных данных.
8. Соответствие положения ВАК о «Порядке присуждения ученых степеней».
Диссертационная работа Солнцева Михаила Вячеславовича на тему: «Газодинамическое и
тепловое взаимодействие струи с поверхностью при воздействии сносящего потока» является
законченной научно-квалификационной работой, посвященной решению актуальной задачи,
имеющей важное народно хозяйственное значение, выполнена на высоком научном уровне и
отвечает всем требованиям п.8 Положения ВАК о «Порядке присуждения ученых степеней».
Председатель
диссертационного Совета
д.т.н., профессор
Равикович Ю.А.
Ученый секретарь
диссертационного Совета
к.т.н., доцент
Никипорец Э.Н.
25