Эксперт

Сергей

Задать вопрос

Мы готовы помочь Вам.

Тема лабораторной работы – «Влияние дополнительного подвода жидкости на образование пограничного слоя».

Когда необходимо значительно увеличить эффективность работы газотурбинного двигателя, существует несколько способов решения этой задачи. Весьма эффективно ввести в цикл, по которому работает двигатель, внешнюю регенерацию теплоты. Но внесение в конструкцию двигателя теплообменного аппарата, очевидно, неблагоприятно скажется на габаритах и массе двигателя в целом. Во многих случаях преимущества, которые даёт теплообменный аппарат, значительно превосходят ухудшение массогабаритных характеристик, например, в случае наземного стационарного использования газотурбинного двигателя в составе энергетической установки.
Но, например, для авиационного газотурбинного двигателя такой подход практически неприменим, поскольку увеличение массы приведёт к увеличению необходимой подъёмной силы, а чрезмерные габаритные размеры устройства будут портить его обтекаемость. В этом случае для увеличения эффективности работы двигателя увеличивается максимальная температура цикла – температура входящего в ступень турбины газа. Уровень этой температуры ограничивается тем уровнем, который может выдержать материал, из которого выполнены элементы ступени турбины. Следовательно,
увеличение уровня температуры выше предельного возможно либо при выборе другого материала, либо при наличии охлаждения элементов ступени.
Исследование и внедрение новых материалов также постоянно ведётся, но на данный момент более освоено внедрение системы охлаждения в ступень турбины. В пере лопатки выполняются полости, в которые подаётся более холодный воздух под давлением. На поверхности лопатки выполняются отверстия, через которые этот воздух выходит в межлопаточный канал, создавая плёнку более холодного воздуха вокруг поверхности лопатки, не давая
её контактировать с газом, имеющим температуру выше предельно допустимой. Такой подход, очевидно, усложняет конструкцию двигателя, но
позволяет значительно повысить эффективность его работы.
Методические и практические указания по выполнению работы
Для начала выполнения данной работы нужно получить файлы, содержащие заранее подготовленную расчётную сетку для исследуемого межлопаточного канала, а также описание граничных условий.
Моделирование течения производится в программе «ANSYS CFX».
После открытия программы нужно провести импорт полученной расчётной сетки. Следует обращать внимание на заданные единицы измерения
длины, так как на данном этапе можно ошибиться с масштабом, и геометрия будет передана с размерами, не соответствующими действительности.
Для учёта зависимости вязкости газа от его температуры необходимо в библиотеке веществ задать продублировать воздух, подчиняющий законам идеального газа, а далее в его детальных настройках задать значение вязкости в виде выражения – полинома от температуры.
Далее необходимо описать расчётную область, для этого создаётся расчётный домен, включающий в себя весь исследуемый объём. В домене задаётся течение воздуха (выбрать нужно воздух с учётом изменения вязкости), ссылочное давление задаётся равным 1 атм., течение выбирается турбулентным, модель турбулентности – SST. В данной задаче следует задаться течением с учётом теплообмена и с учётом влияния сжимаемости на теплообмен ввиду высоких скоростей течения (опция «Total Energy»).
В данной работе моделирование будет проводиться для двух случаев:
без охлаждения лопаток и с ним.
Граничные условия задаются следующие:
 на основном входе – полное давление газа, а также его температура;
 на входе охлаждающего воздуха для первого случая задаётся
условие адиабатной стенки без проскальзывания потока, для второго случая
задаётся условие входа, на котором указывается скорость и полная температура охлаждающего воздуха;
 на выходе – осреднённое избыточное давление, равное нулю;
 на стенках – условия адиабатных стенок без проскальзывания
потока.
В настройках решателя следует увеличить максимальное количество
итераций до 500.Также следует уменьшить величину критерия сходимости
по невязкам до 1e-5.
В отчёт по лабораторной работе следует включить изображение поля
температуры в продольном сечении, включающем место подвода охлаждающего воздуха. Также следует внести в таблицу максимальные и минимальные значения температуры на поверхности лопатки. Эти результаты нужно
представить для обоих расчётных случаев.