Математическое моделирование теплового состояния шумотеплозащитных кожухов газотурбинных установок

• Автор: Чарнцев, Дмитрий Анатольевич
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Пермь
• Количество страниц: 134 с. : ил.

Содержание
Введение
1. Постановка задачи
1.1 Концептуальная постановка задачи
1.2 Подходы к расчету теплового состояния КШТ при вентиляции
1.3 Математическая постановка
2. Методы решения
2.1 Метод решения задачи газовой динамики
2.1.1 Обзор методов решения задач газовой динамики
2.1.2 Описание метода Ю.М. Давыдова
2.1.3 Использование метода Ю.М. Давыдова для моделирования процесса вентиляции КШТ
2.1.4 Распараллеливание метода Ю.М. Давыдова
2.1.4.1 Распараллеливание на кластере
2.1.4.2 Распараллеливание на многоядерном процессоре
2.1.4.3 Оптимизация разбиения на подобласти при распараллеливании на кластере
2.1.4.4 Анализ производительности расчетов при проведении расчетов на кластере
2.2 Метод решения задачи твердотельной теплопроводности
2.3 Вычисление лучистых тепловых потоков
2.3.1 Описание метода многократных отражений
2.3.2 Использование метода многократных отражений для расчета теплового излучения ГТУ
2.3.3 Результирующие соотношения метода отражений для вычисления лучистых тепловых потоков и их связь с
задачей твердотельной теплопроводности
2.4 Проверка адекватности разработанной математической модели

3. Результаты численного исследования теплового состояния шумотеплозащитных кожухов газотурбинных установок
3.1 Результаты решения стационарной газодинамической задачи
3.1.1 Результаты расчета для ГПА-12РС
3.1.2 Результаты расчета для 16-ти мегаватного агрегата с
вертикальным несимметричным трактом для подачи воздуха
3.1.3 Результаты расчета для 16-ти мегаватного агрегата с
вертикальным несимметричным трактом для подачи воздуха
с дополнительными направляющими рассекателями
3.1.4 Результаты расчета для 16-ти мегаватного агрегата
с горизонтальным трактом для подачи воздуха, перпендикулярным оси ГТУ
3.1.5 Результаты расчета для 16-ти мегаватного агрегата
с оптимизированным горизонтальным трактом для подачи воздуха, перпендикулярным оси ГТУ
3.2 Результаты решения нестационарной газодинамической задачи
3.3 Результаты решения связанной задачи газовой динамики и твердотельной теплопроводности
Заключение
Список литературы

ВВЕДЕНИЕ
Одной из наиболее важных задач для газовой промышленности является доставка природного газа конечным потребителям. Основным способом доставки газа в России является его перекачка по трубопроводам. Для того, чтобы осуществлять перекачку больших объемов газа, газоперекачивающей промышленности требуется большое количество эффективных газоперекачивающих агрегатов (ГПА). В настоящее время все более широкое распространение приобретают ГПА с газотурбинными двигателями. Газотурбинный двигатель в процессе своей работы выделяет интенсивный шум и сильно нагревается, температура некоторых его частей достигает +600 С. С целью снижения шума на территории компрессорной станции и охлаждения газотурбинной установки (ГТУ) последняя размещается в шумотеплозащитном кожухе (ЕСТ ПТ), в котором устанавливается система вентиляции. Кроме того, под кожухом монтируется различное электрооборудование (датчики систем газообнаружения и пожаротушения, светильники, кабели), элементы которого имеют различную допустимую температуру эксплуатации в диапазоне от +70 до + 250 °С.
В результате вентиляции из-под КШТ выносится горячий воздух и вследствие этого поддерживается приемлемый для аппаратуры температурный режим. Однако относительно процесса вентиляции пространства под кожухом возникает ряд проблем. Главной из них является та, что в силу конструктивных особенностей охлаждающий воздух не может подаваться вдоль оси ГТУ и равномерно обтекать ее поверхность. При существующих схемах подачи и отвода воздуха распределение газодинамических параметров под КШТ весьма неравномерно, возможно наличие областей с малыми скоростями воздуха (до 1-2 м/с), что приводит к повышению температуры в этих областях, негативно влияющему на работоспособность контрольно-измерительной аппаратуры.
Второй проблемой является неравномерное распределения температуры на поверхностях стенок КШТ, возможно образование локальных зон, где

Заключительный этап. Здесь происходит перераспределения массы, импульса и полной энергии по пространству и определяются окончательные поля эйлеровых параметров потока на фиксированной сетке в момент времени
Р+1 = Р + А(. Для этого используются интегральные формы законов сохранения массы, импульса и энергии, записанные для каждой ячейки:
мп+] =Мп + £м/”р,
/>",=р"+2>г"р, (2.4)
£”« = £"+у; Д
где АМ” - масса, переносимая через одну из границ за время Л/, причем суммирование производится по всем границам рассматриваемой ячейки.
Введем индикатор:
д11к (у) = 1, если жидкость втекает сквозь границу с номером 5, д1> к (л1) = 0, если жидкость вытекает сквозь границу с номером 5.
Тогда можно записать расчетные формулы для плотности
-й+1 + АМ1Н12 - АМ”Ш>. - АМ"]+и2
~ Ри к. к. ’
ДхАд (2.5)
ДЛЯ энергии и компонент скорости (здесь X = (х, У2, ¥3, Е})
41/2
Х*=Х+а (1)Х Ш п +д (2)ХШ-ц (3)Р АД/ (4)Х Ш
и У гШ I V Н/ У У-* V «У У У+1 У
д АсХ
(2.6)
Далее из уравнения состояния пересчитывается значение давления Д
Вопросы устойчивости и порядка аппроксимации подобных схем рассмотрены в монографиях [37, 39]. Порядок аппроксимации определяется с помощью дифференциальных приближений, причем следует учитывать, что суммарный порядок аппроксимации нельзя принять равным минимальному порядку аппроксимации на различных этапах, рассматриваемых отдельно, так