Численное моделирование трехмерного течения в решетках и ступенях малорасходных турбин ЛПИ

• Автор: Епифанов, Андрей Андреевич
• Шифр специальности: 05.04.12
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 122 с. : ил.

Оглавление

Основные обозначения

Введение

Глава 1. Состояние вопроса, задачи и методы исследования

1.1. Состояние вопроса

1.2. Цель и задачи исследования

1.3. Методы исследования

1.4. Выбор гидродинамического программного комплекса

Глава 2. Решетки малорасходных турбин

2.1. Моделирование турбулентности

2.2. Сеточное влияние

2.3. Влияние входной интенсивности турбулентности
2.4. Влияние положения плоскости осреднения за решеткой
2.5. Верификация расчета по опытным данным
Глава 3. Ступени малорасходных турбин
3.1. Влияние способа сопряжения течения в сопловой
и рабочей решетках
3.2. Верификация результатов численного моделирования
Глава 4. Приложение методики трехмерного расчета
к проектированию малорасходных турбин
4.1. Проектирование проточной части турбопривода мощностью
3 150 кВт
4.2. Проектирование надбандажного уплотнения рабочего колеса первой ступени турбопривода мощностью 3 700 кВт
4.3. Проектирование проточной части и натурные испытания турбопривода мощностью 2 600 кВт
Заключение
Приложение
Литература

Основные обозначения Геометрия проточной части
А - комплекс пропускной способности; а - горло, м;
В - ширина лопатки, м;
Д а? - диаметр, м;
К - отношение числа сопловых лопаток к числу рабочих лопаток ступени I - длина лопатки, м;
ИВ- безразмерная длина; г - радиус, м;
Г - шаг, м;
? / В - безразмерный шаг;
и, г, г- оси координат, соответствующие окружной скорости и, оси турбины г и радиусу г соответственно; г - число лопаток / число усов уплотнения;
а, (3 - угол между положительный направлением оси и и вектором абсолютной или относительной скорости, °;
8 - зазор, м;
е - степень парциальности;
у - угол между абсолютной скоростью и ее проекцией на плоскость иг, °;
0 — угол поворота, °.
Индексы
0 - сечение перед сопловой решеткой;
1 - сечение за сопловой решеткой или перед рабочей решеткой;
2 — сечение за рабочей решеткой; вых — выходной;
к — канальный; к.с - косой срез;

л - лопаточный; пр - профильный; ср - средний; упл - уплотнение; ут - утечка; к — гидравлический;
- изоэнтропийный (адиабатный);
Кинематика потока
а - скорость распространения звука, м/с;
Со - условная скорость, м/с, рассчитываемая по перепаду энтальпий с - абсолютная скорость, м/с; п - число оборотов ротора, об/мин; и - окружная скорость, м/с; м> - относительная скорость, м/с.
Критерии подобия
М = с / а - число Маха;
Ке = рсВ/ц -число Рейнольдса.
Параметры рабочего тела
к - кинетическая энергия турбулентности, Дж/кг; р - давление, Па;
Т- температура, К; р - динамическая вязкость, Па-с;
V - кинематическая вязкость, м2/с; р - плотность, кг/м3;
- напряжение на стенке, Н-м.
Параметры турбулентности
I - интенсивность турбулентности;
Перейдем к рассмотрению зависимости коэффициента полных потерь от числа Маха на модели с различными сетками (рис. 2.8).

0.35 0.30 0.25 0

0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 Ми
Рис. 2.8. Зависимость коэффициента потерь в сопловой решетке от числа Маха:
О - высокорейнольдсовая сетка 50 тыс. узлов;
□ - высокорейнольдсовая сетка 140 тыс. узлов;
Д - низкорейнольдсовая сетка 700 тыс. узлов;
0 - низкорейнольдсовая сетка 1 500 тыс. узлов
Расчет, в целом, отражает характер изменения потерь с увеличением числа Маха. Различие в данных, полученных для всех четырех исследованных сеток, невелико даже при околозвуковых скоростях, где оно максимально.
Исследование сеточного влияния применительно к типовой сопловой решетке малорасходной турбины выявило, что поля скорости, распределения давления и коэффициента трения по обводу профиля практически не зависят от количества узлов расчетной сетки. Это позволяет рекомендовать умеренно подробную высокорейнольдсовую расчетную сетку для расчета обтекания сопловых решеток малорасходных турбин.

< >

к> в