Ученые Научно-исследовательского института механики Московского государственного университета улучшили способы проектирования энергетических установок и газотурбинных двигателей.
Инновация позволяет точнее учитывать влияние внешних факторов на теплообмен в сверхзвуковых потоках. Это означает, что методика поможет более точно предсказывать, как именно будут нагреваться и охлаждаться детали внутри двигателя, когда через них с огромной скоростью прорывается раскаленный газ или воздух.
«Сегодня при создании и управлении силовыми установками все активнее используются цифровые технологии — digital twin (цифровой двойник) и digital prototype (цифровой прототип). Однако существующие методы расчета теплообмена часто не учитывают важные особенности протекания физических процессов — например, развития пограничного слоя, изменения давления и перехода потока между ламинарным и турбулентным режимами. Из-за этого точность цифровых моделей снижается, что критично при проектировании современных газотурбинных двигателей», — объяснили на сайте вуза.
Эксперименты провели на сверхзвуковом стенде АР-3 под руководством старшего научного сотрудника лаборатории аэродинамики больших скоростей и термогазодинамики Николая Киселева. Они позволили определить влияние градиента давления, числа Маха и других параметров потока на теплообмен. Научные данные получили и с помощью инфракрасной термографии и компьютерного моделирования по уравнениям Навье-Стокса.
Современные вычислительные технологии позволяют объединять экспериментальные данные, численные расчеты и эмпирические зависимости в единую систему. Расширение диапазона применимости этих зависимостей, например, для безразмерного числа Стантона, помогает сохранять быстродействие цифровых моделей при увеличении числа факторов, влияющих на тепловые режимы работы моделируемых установок.
Новая методика повышает точность моделей для цифровых двойников за счет того, что учитывает совместное влияние градиента давления, сжимаемости и пограничного слоя. Такой подход повышает точность reduced-order models — быстрых расчетных моделей, что критически важно для создания цифровых двойников силовых установок и совершенствования их проектирования. Результаты исследования опубликованы в журнале Applied Thermal Engineering.
Ранее Наука Mail писала о том, что столичные ученые показали новый компонент для космических спутников.
