Моделирование характеристик воздушных уплотнений ГТД методами вычислительной газовой динамики

• Автор: Брыкин, Борис Витальевич
• Шифр специальности: 05.07.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 126 с. : ил.

Оглавление

Список сокращений

Введение

1 Развитие методов расчёта расходных и динамических характеристик уплотнений

1.1 Ранние работы в области исследования уплотнений турбоаг-

регатов

1.2 Теоретические и экспериментальные работы 1980-1990 гг

1.3 Современный этап исследований уплотнений турбомашин

2 Методика расчёта уплотнений методами ВГД

2.1 Метод конечных объёмов

2.2 Модель сплошной среды. Система уравнений Навье-Стокса
2.3 Моделирование турбулентных течений в АХБУБ СРХ
2.4 Граничные условия при моделировании турбулентных тече-
ний в АХБУБ СРХ
2.5 Требования к пространственной дискретизации при модели-
ровании задач в АХБУБ СРХ. Пристеночные функции
2.6 Методика расчёта уплотнения с помощью АИБУБ СРХ
3 Численное моделирование уплотнения АР1
3.1 Постановка задачи моделирования уплотнения АР1
3.1.1 Геометрия модели
3.1.2 Расчётная сетка
3.1.3 Расчётная модель
3.2 Результаты расчёта
3.2.1 Выводы о работе Б. Томпсон
4 Экспериментальные данные. Стенд ДМУ
4.1 Описание установки ДМУ МЭИ
4.2 Схема расположения датчиков стенда ДМУ МЭИ
4.3 Результаты экспериментального измерения неравномерности
статического давления от эксцентриситета
4.4 Результаты экспериментального измерения АС
5 Численное моделирование лабиринтного уплотнения
5.1 Постановка задачи моделирования экспериментальной уста-
новки без эксцентриситета
5.1.1 Геометрия модели
5.1.2 Расчётная сетка
5.1.3 Расчётная модель
5.1.4 Устойчивость решения по отношению к используемым сеткам 80.
5.1.5 Устойчивость решения по отношению к используемым ад-
вективным схемам

5.1.6 Влияние типа граничных условий на результат расчёта мо-
дели с НА
5.1.7 Упрощение численной модели для учёта эксцентриситета
5.1.8 Моделирование течения в зазоре с смещением ротора
5.1.9 Результаты расчёта аэродинамических сил в зависимости от
эксцентриситета ротора
6 Численное моделирование и анализ уплотнения думис-ной полости КВД
6.1 Постановка задачи моделирования уплотнений думисной по-
лости КВД
6.1.1 Геометрия модели
6.1.2 Расчётная сетка
6.1.3 Расчётная модель
6.2 Результаты расчёта
6.2.1 Анализ результатов расчёта
Заключение
Литература
Список сокращений
RANS Моделирование на базе осреднённых уравнений Рейнольдса (Reynolds Averaging based Numerical Simulations)
API American Petroleum Institute
DNS Direct Numerical Simulation
FVM Finite-Volume Method
АД авиационный двигатель
AC аэродинамические(-ая) силы (-a)
ВГД вычислительная газовая динамика
ГТД газотурбинный двигатель
ГУ граничные условия
ДМУ Динамическая Модель Уплотнения
КВД компрессор высокого давления
КПД коэффициент полезного действия
ЛУ лабиринтное уплотнение
МСС Механика сплошной среды
МЭИ Московский Энергетический институт

мянутую к-и и модель Spalart-Allmaras). В рамках данной работы глубокое рассмотрение пристеночных функций является избыточным, однако, в силу характера течения газа в лабиринтных уплотнениях (зазоры) и исследуемых тонких эффектов (вихреобразование, неравномерность поля давления в зависимости от малых смещений) необходимо затронуть данную тему в свете практических выводов из имеющейся научной литературы по теме.
При моделировании течений газа в пространственных каналах для правильного определения потерь очень важно использовать сетки, позволяющие разрешать структуру пограничного слоя. Для этого разностные сетки должны быть адаптивны к поверхности таким образом, чтобы всюду на стенках величина безразмерного параметра у+аж, связывающего размер пристеночного элемента с характерным числом Re, не превышала допустимые значения для выбранной модели турбулентности. При этом скорость нарастания размера ячеек по мере удаления от стенки не должна превышать 20%, или соответствовала коэффициенту роста 1,2 (общий критерий CFX Solver для сетки в целом). Однако, на практике зачастую бывает затруднительно выполнить все требования, предъявляемые к сеткам в силу ограниченных вычислительных ресурсов и сильной неравномерности размера элементов на различных поверхностях. Работа [69] является показательным примером: при расчёте работы клапана двигателя внутреннего сгорания у+ варьировался от 1 до 200.