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.
В данной работе будет проведено моделирование на сетке с одним
уровнем упрощения, далее результат проведённого расчёта будет использован в качестве начального решения для расчёта на сетке без упрощений. Такая последовательность позволит проанализировать влияние размера расчётной сетки на результаты моделирования.
В данной работе отдельно рассматривается течение в рабочем колесе.
Во многих случаях бывает полезно рассмотреть отдельно составляющие ступени турбомашины. Это позволяет значительно упростить задачу моделирования течения, что приведёт к более быстрому получению результатов.
Очевидно, что допущение в виде отсутствия остальных элементов ступени может сказаться на получаемых результатах, но здесь речь и не идёт о том, что полученные результаты будут совпадать с результатами, полученными при моделировании течения в полной ступени. Речь о том, что в такой постановке возможно провести оптимизацию рабочего колеса в первом приближении без необходимости построения расчётной сетки для соплового аппарата и без увеличения времени расчёта, связанного с появлением дополнительной расчётной области.
Методические и практические указания по выполнению работы
Для начала выполнения данной работы нужно получить файл, содержащий заранее подготовленную расчётную сетку, созданную для исследуемого рабочего колеса ступени радиально-осевой турбины. 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.
В данном классе задач часто используется модель турбулентности Спаларта-Аллмараса («Spalart-Allmaras»), поэтому расчёты будут проводиться с этой моделью.
Для первого расчёта задаются первые уровни упрощения сетки по всем направлениям («1-1-1»). В качестве начального решения выбирается оценочное значение статического давления на входе в расчётную область.
Для второго расчёта используется подробная расчётная сетка с инициализацией (уровни упрощения «0-0-0»). В качестве начального решения выбирается файл результатов предыдущего расчёта.
Во время анализа результатов расчётов требуется определить и включить в отчёт по лабораторной работе: коэффициент полезного действия рабочего колеса, отношение полных давлений на входе и на выходе из ступени, значение массового расхода рабочего тела и крутящий момент. 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