Численное моделирование течения вязкого газа в рабочих лопатках осевых турбин с целью снижения в них потерь кинетической энергии

• Автор: Туапетел Джонс Виктор
• Шифр специальности: 05.04.12
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 114 с. : ил.

Оглавление

Основные обозначения

Введение

Глава 1. Состояние вопроса, задачи и метод исследования

1.1. Состояние вопроса

1.2. Задачи исследования

1.3. Численное моделирование ступеней турбомашин

1.3.1. Движения жидкости

1.3.2. Исходные уравнения

1.4. Гидродинамические пакеты
1.4.1. Модели турбулентности
1.4.1.1. Модель вихревой вязкости Спаларта-Аллмараса (SA)
1.4.1.2. Модель As
1.4.1.3. SST - модель Ментера
1.4.1.4. Модель V2F
1.4.2. Fluent
1.4.3. STAR-CD ЗО
1.4.4. CFX
1.4.5. FlowER
Глава 2. Потери энергии в решетках турбин
2.1. Показатели качества решетки
2.2. Профильные потери
2.3. Влияние на профильные потери і
в решетках чисел Re, М
2.4. Влияние на потери энергии зазоров и перекрыш
2.5. Влияние веерности на распределение потерь по высоте кольцевых
решеток

Глава 3. Численное моделирование двумерного течения газа
в решетках турбин
3.1. Координаты профиля и расчетные сетки
3.2. Модели турбулентности на потери кинетической энергии
3.3. Влияние входного угла потока и шага решеток
3.4. Структура потока в рабочих решетках
3.5. Влияние числа Рейнольдса и степени турбулентности
3.6. Усовершенствование решетки Р2118В
Глава 4. Численное моделирование пространственного потока в решетках
осевых турбин
4.1. Метод и объект расчеты
4.2. Расчеты потерь кинетической энергии по высоте лопатки
4.3. Структура вторичных потоков на рабочие лопатке
4.4. Влияние концевых зазоров на пространственное течение
Заключение
Литература

Основные обозначения
а - скорость звука, м/с;
аь ат, а г - ширина канала на входе, в среднем сечении и на выходе, м;
Ь - хорда профиля, м;
В — ширина решетки, м;
с — скорость потока, м/с;
Срл - коэффициент полного давления;
F - плотность распределения объемных сил;
g - ускорение силы тяжести, м/с2;
П - массовый расход, кг/с;
/ = р1Расч - 01 - уголь атаки, °;
1 - степень турбулентности, %;
к — кинетическая энергия турбулентности, (м/с)2;
/ — высота лопатки, м;
I — 1/Ь— относительная высота;
Ь — длина лопатки, м;
М — число Маха;
р — давление, Па;
Ке - число Рейнольдса;
У - относительная расстояние по обводу профиля;
Т - температура, К;
? — время, с;
t - шаг решетки, м;
t = 1/Ъ - относительный шаг;
х,у, г - декартовы координаты, м (для исследуемых решеток ось абсцисс совпадает с осевым направлением решетки, ось ординат - с окружным направлением, ось аппликат - с координатой по высоте лопатки);

Нестационарные вычисления используют так называемое пространственно-временное условие периодичности, которое позволяет считать изменяющиеся условия потока, связанные с относительным движением ротора/статора и взаимодействием следа.
В настоящее время в программном комплексе Flow ER реализованы [24]:
• семейство неявных ENO-схем высокого порядка аппроксимации;
• многокомпонентные уравнения Эйлера и Навье-Стокса;
• семейство двухпараметрических моделей турбулентности типа ксо (классическая и переходная кы, BSL и SST Ментера) с возможностью использования гибридных RANS/LES подходов: DES (моделирование отсоединенных вихрей) либо LNS (метод ограничивающих численных масштабов);
• уравнения состояния совершенного газа, Тамманна и Ван-дер-Ваальса с постоянными либо переменными теплоемкостями.
В работе [51] использовались двух- турбулентные модели: алгебраический Болдуин - Ломакс и дифференциальный модель Ментера (SST), которые показывает сравнения FlowER с другими исследованиями (рис. 1.6).
Dunensionless mass flow rate Duneiisioiiless mass flow rate
4 experiment | ■ FlowER: A Hirsch & Kang Denton & Xu
Рис. 1. 6. Полное давление отношения и адиабатический эффективность для Ротор37[51]
Комплекс программ FlowER снабжен пре- и постпроцессорами, которые обеспечивают возможность работы с базой данных проточных