Эксперт

Сергей

Задать вопрос

Мы готовы помочь Вам.

После того, как построена трёхмерная геометрия ступени турбомашины, несмотря на результаты расчётов по одномерным методикам, необходимо проверить, обеспечивает ли в действительности построенная ступень необходимые значения массового расхода рабочего тела, перепада давления, коэффициента полезного действия и так далее. Ввиду того, что течение в турбомашинах имеет сложный трёхмерный характер, одномерные методики носят оценочный характер. При этом даже в случае совпадения тех или иных параметров ступени, полученных при расчёте в одномерной и в трёхмерной методиках, недостатком одномерных является невозможность анализа течения внутри исследуемого объёма. Использование же трёхмерных методик позволяет найти параметры потока в любой точке проточной
части ступени турбомашины. То есть, в случае, когда, например, эффективность ступени не удовлетворяет требованиям, при использовании трёхмерных методик гораздо выше вероятность нахождения ответа на вопрос: почему так вышло?
Для получения близкой к реальной картины течения нужно провести моделирование в трёхмерной постановке с учётом сжимаемости рабочего тела, его вязкости, а также с моделированием турбулентных явлений. На первых этапах возможно некоторое упрощение постановки задачи в целях уменьшения времени получения результатов. Например, можно использовать более простую модель турбулентности и упрощённую расчётную сетку (рис.1), при этом значение массового расхода будет в большинстве случаев определяться достаточно точно. При этом не придётся ждать окончания максимально точного расчёта, по результатам которого будут сделаны ровно те же выводы, что и по результатам упрощённого.
Рисунок 1 Упрощение расчётной сетки С другой стороны, при оптимизации ступени по эффективности важно более точное моделирование течения в пристеночных зонах, позволяющее
предсказать отрывы пограничного слоя от стенок, ведущие к образованию вихревых течений и, как следствие, возникновению дополнительных гидравлических потерь. В этом случае, очевидно, необходимо максимальное разрешение пограничного слоя, то есть, следует иметь достаточно мелкую сетку в пристеночной зоне, и её упрощение радикально снизит точность моделирования.
Ввиду более простого характера течения воздуха в лопаточном диффузоре по сравнению с рабочим колесом моделирование течения в нём обычно не требует постепенного выхода на рабочий режим, достаточно задать на входе в расчётную область распределения параметров, полученные при расчётах рабочего колеса.
Методические и практические указания по выполнению работы
Для начала выполнения данной работы нужно получить файл, содержащий заранее подготовленную расчётную сетку, созданную для исследуемого лопаточного диффузора ступени центробежного компрессора. Также необходимо получить граничные условия для расчёта течения потока.
Моделирование течения газа выполняется в программе «Fine/Turbo», анализ результатов – в программе «CFView».
Течение газа считается установившимся, то есть расчётное моделирование выполняется в стационарной постановке.
Для поиска отрывных зон в данном случае наиболее правильно использовать модель турбулентности «Shear Stress Transport».
В данном случае в рамках учебной работы и в целях сокращения времени, требующегося для получения результатов расчётов, можно в некотоой степени пожертвовать точностью и использовать упрощённую расчётную сетку («1-1-1»). Но следует иметь в виду, что для получения более близкого к реальности результата следует проводить расчёт на сетке без упрощений («0-0-0»).
В качестве начального решения первого шага расчёта выбирается оценочное значение статического давления на входе в расчётную область.
Во время анализа результатов расчётов требуется для номинального режима работы определить и включить в отчёт по лабораторной работе: отношение статических и полных давлений на входе и на выходе из лопаточного диффузора, значение массового расхода рабочего тела. Также следует визуально определить наличие отрывов и вихревых зон в среднем по относительной высоте лопатки сечении «Blade-to-Blade», включив визуализацию
значений числа Маха и векторов скорости. Полученные картины распределения параметров также следует включить в отчёт