Анотація до роботи:

Мартинова Н.С. “Математичне моделювання і розрахунок силових і енергетичних характеристик підводу вертикальної гідротурбіни осьового типу при проектуванні її проточної частини”. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.17 – гідравлічні машини та гідропневмоагрегати.- Національний технічний університет “Харківський політехнічний інститут”, Харків, 2005р.

Дисертація присвячена розрахунку силових і енергетичних характеристик підводу вертикальної гідротурбіни осьового типу на основі математичного моделювання течії рідини для створення варіанта проточної частини, що відповідає рівневі світових досягнень за енергетичними і експлуатаційними показниками.

На основі аналізу робіт, присвячених моделюванню течії рідини в проточній частині, взята 3D- модель руху ідеальної рідини, що найбільш повно забезпечує досягнення поставленої мети. Чисельна реалізація практичних задач розрахунку поля швидкостей у проточній частині підводу з урахуванням взаємного впливу елементів здійснена на ЕОМ методом гідродинамічних особливостей. Тестування програм виконане шляхом порівняння з результатами задач, що мають точний аналітичний розв’язок, виконаними іншими авторами, а також результатами експериментальних досліджень.

Розрахунок коефіцієнта опору підводу виконується на основі підходу, запропонованого Количевим В.О., шляхом поділу загальних втрат енергії на складові: тертя, кромкові, ударні, кінцеві. Запропонована методика реалізована у вигляді обчислювальної програми для ЕОМ.

Дисертаційна робота присвячена розв’язанню науково-практичної задачі розрахунку, аналізу та удосконалення силових і енергетичних характеристик радіального напрямного апарата гідротурбіни на основі методів математичного моделювання течії рідини.

Основні результати і висновки дисертаційної роботи полягають у такому:

1. Вперше розв’язана пряма задача тривимірної течії рідини у підводі гідротурбіни з урахуванням взаємного впливу елементів, яка більш повно відображує реальні процеси в гідротурбіні. Чисельна реалізація алгоритмів виконується методом гідродинамічних особливостей.

2. Розроблено комплекс прикладних програм для проведення чисельного експерименту по розрахунку гідродинамічних навантажень та полей швидкості в підводі з урахуванням взаємного впливу елементів. На підставі виконаних розрахунків проведено аналіз розподілення гідродинамічних навантажень на кожному елементі підводу в широкому діапазоні режимів його роботи.

3. Систематичними дослідженнями розрахунку потоку та його параметрів у ПЧ підводу підтверджені тривимірний характер течії рідини і можливість заміни в практичних задачах тривимірної моделі квазітривимірною, і навіть двовимірною.

4. Використано метод розв’язання прямої 2D- задачі в багатозв’язній області за допомогою панельних гідродинамічних особливостей і доведено, що він більш ефективний, ніж метод дискретних вихорів, оскільки дозволяє отримати необхідну точність з меншим числом розрахункових точок.

5. Отримані параметри потоку порівняні з результатами експерименту та даними, отриманими іншими авторами. Також проведено тестування шляхом порівняння з точними аналітичними розв’язками для канонічних областей. Все це свідчить про ефективність запропонованих у роботі методів математичного моделювання течії рідини і їх чисельної реалізації. На конкретних прикладах доведена можливість заміни фізичного експерименту обчислювальним.

6. У роботі запропоновано і перевірено розрахунками спосіб вибору осі повороту лопатки НА шляхом розміщення її в фокусі профілю. Це забезпечує в реальних умовах відсутності осьової симетрії потоку перед НА більш надійну роботу турбіни завдяки рівномірному розподілу моменту повороту на кожній лопатці НА.

7. У результаті аналізу структури потоку в підводі систематизовані і узагальнені дані про характер розподілу кінематичних параметрів по висоті і в коловому напрямку НА. Отримані результати взяті за вихідні дані для розрахунку втрат енергії в елементах підводу. Отримані графіки розподілення коефіцієнта опору на кожному елементі підводу відображають в узагальненому вигляді вплив спіральної камери, статора і НА на характеристику опору підводу. Ці параметри можуть бути використані для вибору основних геометричних параметрів ПЧ на початкових етапах проектування і при виборі проектного рішення за компонуванням елементів проточної частини.

8. Науково-методичні положення, одержані в дисертації, використані в навчальному процесі кафедри інформатики СумДУ. Результати розрахунків та розроблене програмне забезпечення використані в проектній діяльності ВАТ “Турбоатом” (м.Харків) та СКБ хімобладнання ВАТ “Сумське машинобудівне науково-виробниче об’єднання ім. М.В.Фрунзе”.

Публікації автора:

1. Мартынова Н.С. Модели течения жидкости в радиальном направляющем аппарате гидротурбины и особенности их численной реализации // Вісник Сумського державного університету.- Суми: СумДУ.- 2001.- №3(24)- 4(25).- С.163-169.

2. Косторной С.Д., Борозенец Н.С., Мартынова Н.С., Хатунцев А.Ю. Компьютерное моделирование задач обтекания в дозвуковом потоке // Вісник Сумського державного університету.- Суми: СумДУ.- 2001.- №3(24)- 4(25).- С.169-176.

Здобувачем проведений розрахунок 3D- потоку і отримані характеристики моменту лопаток у проточній частині НА

3. Косторной С.Д., Борозенец Н.С., Мартинова Н.С., Хатунцев А.Ю. Модель осередненого плину ідеальної рідини в напрямному апараті гідротурбіни // Вісник Сумського державного аграрного університету.- Суми: СДАУ- 2001.-№6.- С.41-48.

Методом осереднення параметрів потоку по висоті НА здобувачем одержана розрахункова модель квазітривимірного витікання ідеальної рідини і алгоритм її чисельної реалізації на ЕОМ.

4. Косторной С.Д., Борозенец Н.С., Мартинова Н.С., Хатунцев А.Ю. Модель тривимірного плину ідеальної рідини в напрямному апараті гідротурбіни // Вісник Сумського державного аграрного університету.- Суми: СДАУ.- 2001.- №6.- С.48-53.

Здобувачем розглянуті розв’язки моделей ідеальної рідини та пограничного шару стосовно напружень Рейнольдса.

5. Хатунцев А.Ю., Мартинова Н.С., Косторной С.Д. Розв’язування задачі обтікання в плоскому потоці методом гідродинамічних особливостей // Вісник Сумського національного аграрного університету.- Суми: СНАУ.- 2002.- Випуск 9. - С.17-20.

Здобувачем проведено розв’язання задачі обтікання тіла методом панельних гідродинамічних особливостей і тестування програми шляхом порівняння результатів розрахунку з результатами інших авторів.

6. Мартынова Н.С. Численное исследование силовых характеристик направляющего аппарата гидротурбины // Вісник Сумського державного університету.- Суми: СумДУ.- 2003.- №3(49).- С.57-62.

7. Хатунцев А.Ю., Мартынова Н.С., Косторной С.Д. Численное моделирование влияния геометрических параметров подвода гидротурбины на ее энергетические показатели // Вестник Национального технического университета “ХПИ”.- Харьков: НТУ “ХПИ”.- 2003.- №5.- С.98-103.

Здобувачем виконано розрахунок і аналіз енергетичних показників напрямного апарата гідротурбіни.

8. Khatunsev A., Kostornoy S., Lubchak Vl., Martinova N. The Numerical Modelling of Influence of Geometric Parameters of the Hydraulic Turbine’s Supply on its Hydrodynamic Performances // Buletinul Universitatii Petrol-Gaze din Ploisti.- Volum LV.- Seria Tehnica.- Nr. 1/2003.- P.107-110.

Здобувачем виконано аналіз впливу елементів підводу на енергетичні показники гідротурбіни.

9. Косторной С.Д., Мартынова Н.С., Хатунцев А.Ю. Оценка силових и энергетических характеристик ПЛ гидротурбины на основе вычислительного эксперимента // Математичне моделювання.- Днепродзержинск: ДГТУ.- 2002.- №1(8).- С.26-30.

Здобувачем виконано розрахунок і аналіз енергетичних показників напрямного апарата гідротурбіни.

10. Мартинова Н.С. Розрахунок кінематичних параметрів потоку і моментних характеристик лопаток напрямного апарата гідротурбіни на основі 2D- і 3D- моделі ідеальної рідини // Вісник Сумського національного аграрного університету.- Суми:- СНАУ.- 2003.- Випуск 10.- С.253-259.