Оптимизация радиально-осевой турбины на этапе расчёта по средней линии тока
https://doi.org/10.51187/0135-3152-2024-2-34-42
Аннотация
Введение (постановка задачи и актуальность). Значительный резерв повышения коэффициента полезного действия радиально-осевой турбины имеет место на начальном этапе проектирования – расчёте по средней линии тока – в связи с тем, что на данном этапе формируется облик лопаточной машины и определяются её основные форма и размеры. Традиционные подходы к оптимизации радиально-осевой турбины на этапе расчёта по средней линии тока предполагают введение вспомогательных переменных либо упрощение исходной системы уравнений.
Цель исследований – разработка численного алгоритма поиска оптимальных параметров радиально-осевой турбины на этапе расчёта по средней линии тока с использованием численных методов оптимизации. Сравнение результатов, полученных с использованием численного алгоритма, с результатами оптимизации, выполненной на основании традиционных подходов.
Методология и методы. Формализация расчёта радиально-осевой турбины по средней линии тока в виде задачи нелинейного программирования. Решение задачи нелинейного программирования с помощью численных методов оптимизации.
Результаты и научная новизна. Условная нелинейная оптимизация параметров радиально-осевой турбины на этапе расчёта по средней линии тока и её последующая программная реализация.
Практическая значимость. Повышение точности и уменьшение времени поиска оптимального решения на этапе расчёта радиально-осевой турбины по средней линии тока.
Об авторах
А. А. Мартынов
Южно-Уральский государственный университет
Россия
Россия
Мартынов Андрей Анатольевич – магистрант кафедры вычислительной механики
г. Челябинск 454080
Ю. М. Ковалёв
Южно-Уральский государственный университет
Россия
Россия
Ковалёв Юрий Михайлович – д-р физ.-мат. наук, профессор кафедры вычислительной механики
г. Челябинск 454080
Список литературы
1. Митрохин В.Т. Выбор параметров и расчёт центростремительной турбины на стационарных и переходных режимах. – М.: Машиностроение, 1974. – 227 с.
2. Шерстюк А.Н., Зарянкин А.Е. Радиально-осевые турбины малой мощности. – М.: Машиностроение, 1976. – 208 с.
3. Пассар А.В., Тимошенко Д.В. Исследование влияния степени радиальности на структуру потока в проточной части радиально-осевой турбины газотурбинной установки // Известия Томского политехнического университета. – 2017. – № 5. – С. 24–38.
4. Пассар А.П., Комялова Е.В. Моделирование течения в проточной части радиально-осевой турбины комбинированного двигателя // Информатика и системы управления. – 2017. – № 4 (54). – С. 62–73.
5. Карташев А.Л., Мартынов А.А. Математическое моделирование и оптимизация структуры течения в ступени радиально-осевой турбины микрогазотурбинной установки // Вестник Южно-Уральского государственного университета. – 2015. – № 3 (15). – С. 28–36.
6. Zhang J., Zangeneh M. Multidisciplinary and multipoint optimization of radial and mixed-inflow turbines for turbochargers using 3D inverse design method / 14th International Conference on Turbochargers and Turbocharging. – 2020. – P. 263–277.
7. Yun J., Atac O., Kim J. Influence of trailing edge curve on the performance of radial turbine in turbocharger // International Journal of Low-Carbon Technologies. – 2023. – V. 18. – P. 570–579.
8. Ebel T. Does meanline design still make sense in the Era of CFD and optimization. URL: https://www.conceptsnrec.com/blog/does-meanline-design-still-makesense-in-the-era-of-cfd-and-optimization (дата обращения: 11.06.2023).
9. Кузьмичев В.С., Ткаченко А.Ю., Филинов Е.П. Влияние размерности ГТД на выбор оптимальных параметров рабочего процесса и их конструктивных схем // Вестник УГАТУ. – 2017. – Т. 21. – № 1 (75). – С. 91–99.
10. Ткаченко А.Ю., Филинов Е.П., Кузьмичев В.С. Оптимизация параметров рабочего процесса и выбор схем малоразмерных двухконтурных турбореактивных двигателей для различных самолётов // Вестник УГАТУ. – 2021. – Т. 25. – № 1 (95). – С. 58–64.
11. Ткаченко А.Ю., Филинов Е.П., Остапюк Я.А. Оптимизация параметров газотурбинного двигателя на этапе концептуального проектирования // Вестник УГАТУ. – 2018. – Т. 22. – № 2 (80). – С. 64–72.
12. Пассар А.В., Лашко В.А. Аналитический обзор методов расчёта турбины на среднем радиусе // Справочник. Инженерный журнал. – 2013. – № 9. – С. 2–12.
13. Носов М.В. Расчёт основных параметров одноступенчатой центростремительной турбины. – М., 1961. – 85 c.
14. Епифанова В.И. Низкотемпературные радиальные турбодетандеры. – М.: Машгиз, 1961. – 446 c.
15. Зайдель Р.Р. Турбодетандеры кислородных установок. – М.: Машгиз, 1960. – 176 c.
16. Приходько М.С. К вопросу об оптимальных условиях работы ступени центростремительной турбины // Труды ЛКИ. – 1961. – Вып. XXXIV.
17. Байков Б.П., Бордуков В.Г., Иванов П.В. Турбокомпрессоры для наддува дизелей. Справочное пособие. – Л.: Машиностроение, 1975. – 199 c.
18. Богданова Е.Л., Соловейчик К.А., Аркина К.Г. Оптимизация в проектном менеджменте: нелинейное программирование: учебное пособие. – СПб.: Университет ИТМО, 2017. – 190 с.
19. Карпюк И.А., Куляшова Н.М., Ширяев В.Д. Исследование операций: учебное пособие. – Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2018. – 110 с.
20. Саблинский А.И. Методы оптимальных решений: указания к выполнению контрольных работ по дисциплине. – Кемерово: Кемеровский технологический институт пищевой промышленности, 2012. – 96 с.
21. Гольдштейн А.Л. Оптимизация в среде MATLAB: учебное пособие. – Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2015. – 192 c.
22. Byrd R.H. et al. On the local behavior of an interiorpoint algorithm for nonlinear programming. – Reading, UK: Addison Wesley Longman, 1997.
23. Constrained Nonlinear Optimization Algorithms. URL: https://www.mathworks.com/help/optim/ug/constrained-nonlinear-optimization-algorithms.html#brnox01 (дата обращения: 02.03.2024).
24. Genetic Algorithm. URL: https://www.mathworks.com/discovery/genetic-algorithm.html (дата обращения: 02.03.2024).
25. Мартынов А.А., Машков О.Г., Шестаков Д.С. Создание высоконапорного агрегата наддува для семейства дизелей ДМ185 в рамках импортозамещения // Двигатель. – 2023. – № 1-3. – С. 20–24.
Рецензия
Для цитирования:
Мартынов А.А., Ковалёв Ю.М. Оптимизация радиально-осевой турбины на этапе расчёта по средней линии тока. Труды НАМИ. 2024;(2):34-42. https://doi.org/10.51187/0135-3152-2024-2-34-42
For citation:
Martynov A.A., Kovalev Yu.M. Optimization of a radial-axial turbine at the stage of center line of fluid flow calculation. Trudy NAMI. 2024;(2):34-42. (In Russ.) https://doi.org/10.51187/0135-3152-2024-2-34-42
Просмотров:
159
Послать статью по эл. почте 
