Диссертация (Исследование циклических процессов теплопроводности и термоупругости в термическом слое твердого тела сложной формы), страница 2

Разработана инженерная методика расчета колебаний температуры и термических напряжений в парциально охлаждаемых лопатках.3. Предложена методика определения локального коэффициента теплоотдачина поверхности продольно обтекаемой насадки регенератора.Достоверность и обоснованность полученных результатов подтверждается использованием общепризнанных математических моделей физическихпроцессов и строгих методов математической физики, оценкой методическойпогрешности измерения температуры и применением в экспериментальных исследованиях аттестованных измерительных устройств и предварительно тарированных термоэлектрических преобразователей.Личный вклад автора заключается в разработке расчетных схем для исследования тепловых волн и термоциклических напряжений в термическомслое твердого тела сложной формы; выводе аналитических зависимостей; проведении расчетов и анализе их результатов; разработке экспериментальногостенда; проведении экспериментальных исследований и обработке их результатов.

Общая постановка задачи диссертационного исследования принадлежитнаучному руководителю диссертанта профессору А.К. Карышеву.Автор защищает:1. Расчетные схемы для исследования тепловых волн и термоциклическихнапряжений в термическом слое твердого тела сложной формы.2. Аналитические решения задач теплопроводности и термоупругости безначальных условий.3. Инженерную методику расчета колебаний температуры и термическихнапряжений в парциально охлаждаемых лопатках.4. Результаты расчетно-экспериментального исследования нестационарнойциклической теплоотдачи на поверхности продольно обтекаемого цилиндра.13Апробация работы. Основные результаты работы были представленына: XVIII и XIX школах-семинарах молодых ученых и специалистов под руководством акад.

РАН А.И. Леонтьева (Звенигород, 2011; Орехово-Зуево, 2013);Всероссийских научно-технических конференциях «Наукоемкие технологии вприборо- и машиностроении и развитие инновационной деятельности в вузе»(Калуга, 2012–2014); научно-технических семинарах ЗАО НПВП «Турбокон»(Калуга, 2012–2014); семинарах и заседаниях кафедры «Тепловые двигатели итеплофизика» КФ МГТУ им.

Н.Э. Баумана (Калуга, 2012–2014); Шестой Российской национальной конференции по теплообмену (Москва, 2014); научномсеминаре ОИВТ РАН (Москва, 2015); заседании кафедры Паровых и газовыхтурбин НИУ МЭИ (Москва, 2015); заседании кафедры «Теплофизика» МГТУим. Н.Э. Баумана (Москва, 2015); научно-техническом совете ОАО «Калужскийтурбинный завод» (Калуга, 2015).Награды. Результаты работы были отмечены дипломом за II место насекции «Теплопроводность. Теплоизоляция» Шестой Российской национальнойконференции по теплообмену.Реализация результатов работы. Результаты работы переданы в ОАО«Калужское опытное бюро моторостроения» для использования при разработкемалоразмерных ГТД, а также применяются в учебном процессе кафедры «Тепловые двигатели и теплофизика» Калужского филиала МГТУ им.

Н.Э. Баумана.Публикации. По материалам диссертации опубликовано 13 печатных работ, в том числе 4 статьи в научных журналах, включенных в перечень ведущихпериодических изданий ВАК. В научных журналах из списка ВАК:1. Карышев А.К., Супельняк М.И. Температурное поле цилиндра при нестационарных периодических условиях теплообмена с окружающей средой //Вестник МГТУ им.

Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение. – 2011. – № 4. –С. 54–70.142. Карышев А.К., Супельняк М.И. Термоциклические напряжения в цилиндре,вызванные нестационарными периодическими условиями теплообмена свнешней средой // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение.– 2012. – № 2. – С. 47–58.3. Супельняк М.И., Карышев А.К.

Исследование температурных волн в цилиндре с учетом инерции теплового потока // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки. – 2013. – № 2. – С. 106–119.4. Супельняк М.И., Карышев А.К. Экспериментальное исследование тепловыхволн в цилиндре при переменной интенсивности теплоотдачи // Тепловыепроцессы в технике. – 2015. – № 2. – С. 67–72. В других журналах и изданиях:5. Карышев А.К., Супельняк М.И. Оценка термонапряженного состояния рабочих лопаток турбины с парциальными подводами пара и газа // Проблемыгазодинамики и тепломассообмена в новых энергетических технологиях:Тезисы докладов XVIII Школы-семинара молодых ученых и специалистовпод руководством акад. РАН А.И. Леонтьева, 23–27 мая 2011 г., Звенигород.

– М.: Издательский дом МЭИ, 2011. – С. 275–276.6. Супельняк М.И. Решение гиперболического уравнения теплопроводностибез начальных условий для неограниченного цилиндра // Наукоемкие технологии в приборо- и машиностроении и развитие инновационной деятельности в вузе: материалы Всероссийской научно-технической конференции,4–6 декабря 2012 г., Калуга. Т.

2. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана,2012. – С. 176–177.7. Супельняк М.И. О корректности одной нестационарной периодической задачи теплопроводности // Там же. – С. 178–179.8. Супельняк М.И., Карышев А.К. Оценка методической погрешности измерения нестационарной температуры на оси цилиндра // Проблемы газодинамики и тепломассообмена в энергетических установках: Тезисы докладовXIX Школы-семинара молодых ученых и специалистов под руководством15акад. РАН А.И. Леонтьева, 20–24 мая 2013 г., Орехово-Зуево. – М.: Издательский дом МЭИ, 2013. – С.

227–228.9. Супельняк М.И., Карышев А.К. Особенности расчета ступени турбины спарциальным охлаждением рабочих лопаток // Наукоемкие технологии вприборо- и машиностроении и развитие инновационной деятельности в вузе: материалы Всероссийской научно-технической конференции, 10–12 декабря 2013 г., Калуга. Т. 1. – М.: Изд-во МГТУ им.

Н.Э. Баумана, 2013. –С. 228–230.10. Супельняк М.И., Карышев А.К. Температурные волны и термоциклическиенапряжения в неограниченном твердом теле с цилиндрическим каналом //Там же. – С. 245–247.11. Супельняк М.И., Карышев А.К. Экспериментальное исследование тепловыхволн в цилиндре при переменной интенсивности теплоотдачи // Тезисы Шестой Российской национальной конференции по теплообмену, 27–31 октября 2014 г., Москва. В 3 томах. Т.

3. – М.: Издательский дом МЭИ, 2014. –С. 227–228.12. Супельняк М.И., Карышев А.К. Определение циклического коэффициентатеплоотдачи из решения обратной задачи теплопроводности // Наукоемкиетехнологии в приборо- и машиностроении и развитие инновационной деятельности в вузе: материалы Всероссийской научно-технической конференции, 25–27 ноября 2014 г., Калуга. Т. 1. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2014. – С. 198–200.13. Супельняк М.И., Карышев А.К. Особенности стабилизированной теплоотдачи при ламинарном течении жидкости в канале с циклически изменяющейся температурой поверхности // Там же. – С. 201–202.Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырехглав, заключения и списка литературы, включающего 150 наименований.

Работа изложена на 249 страницах и содержит 86 рисунков и 27 таблиц.16Благодарности. Автор считает своим долгом выразить глубокую благодарность своему научному руководителю А.К. Карышеву за постановку задачидиссертационного исследования, постоянное внимание к работе и ценные советы. Автор также благодарен сотрудникам кафедры «Высшая математика» КФМГТУ им. Н.Э.

Баумана А.К. Рамазанову, В.И. Кристе и С.Е. Степанову задельные замечания по работе и плодотворные дискуссии.Автор выражает признательность главному инженеру С.Д. Циммерману,а также начальникам цехов и мастерам ОАО «Калужский турбинный завод» запомощь в изготовлении основных деталей экспериментального стенда. Авторхотел бы поблагодарить учебного мастера кафедры «Гидромашины и гидропневмоавтоматика» КФ МГТУ им. Н.Э.

Баумана В.Н. Кольцова за препарирование термопарами исследуемых цилиндров. Автор выражает благодарностьучебным мастерам кафедры «Тепловые двигатели и теплофизика» КФ МГТУим. Н.Э. Баумана С.И. Никитину и В.И. Аграновскому, а также ассистентуА.В. Птахину за помощь в создании экспериментального стенда.

Автор глубокопризнателен инженеру ЗАО НПВП «Турбокон» А.М. Михалькову за разработкупрограммы для ПК, автоматизирующей работу стенда и записывающей экспериментальные данные.17ГЛАВА 1. ТЕПЛОВЫЕ ВОЛНЫ В ТЕХНИЧЕСКИХ ЗАДАЧАХИ МЕТОДЫ ИХ ИССЛЕДОВАНИЯ1.1. Тепловые волны в техникеНа практике достаточно часто встречается ситуация, когда температуратвердого тела изменяется во времени по периодическому закону.

Такое циклическое возмущение температуры называется тепловыми [77, 116] или температурными [107] волнами. В твердом теле без источников теплоты тепловые волны возбуждаются при циклическом изменении величины теплового потока через его поверхность, причем поле температуры будет изменяться во времени попериодическому закону только при условии равенства нулю суммарного количества теплоты, подведенного к телу за период цикла, для чего тепловой потокдолжен менять свой знак. Тепловые волны возникают в рабочих лопатках газовых турбин при существенной окружной неоднородности температуры потоказа камерой сгорания, в элементах двигателей внутреннего сгорания и теплообменных аппаратов регенеративного типа, в периодически нагреваемых Солнцем стенах зданий и сооружений и коре Земли, с ними сталкиваются в теорииавтоматических систем регулирования температуры.

Кроме того, метод тепловых волн используется при экспериментальном определении коэффициентовтеплопроводности и температуропроводности материалов, а также профиля поляризации в сегнетоэлектрических материалах [82]. Периодическое изменениетемпературы твердого тела во времени сопровождается периодическим изменением его напряженно-деформированного состояния. Термоциклическиенапряжения, вызванные тепловыми волнами, представляют наибольшую опасность для парциально охлаждаемых рабочих лопаток газовых турбин.Парциальное охлаждение представляет собой разновидность наружногоспособа охлаждения, который применим только для рабочих лопаток [38, 40,42].