Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Турбомашины и турбоустановки

Диссертационная работа:

Галаев Сергей Александрович. Численное моделирование течения вязкого газа в решетках осевых турбомашин: методика и результаты применения современных программных средств : методика и результаты применения современных программных средств : Дис. ... канд. техн. наук : 05.04.12 СПб., 2006 166 с. РГБ ОД, 61:06-5/1742

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

стр.

Основные обозначения 3

Введение 7

Глава 1. Состояние вопроса, задачи и метод исследования 11

  1. Состояние вопроса 15

  2. Задачи исследования 20

  3. Гидродинамические пакеты 22

Глава 2. Двумерное дозвуковое течение в турбинных решетках 30

  1. Сеточное влияние 31

  2. Выбор модели турбулентности 45

  3. Влияние числа Рейнольдса

и начальной степени турбулентности 49

  1. Влияние угла атаки 52

  2. Способы профилирования лопаток 55

Глава 3. Двумерное трансзвуковое течение в решетках турбомашин 60

  1. Расчет скачков уплотнения 60

  2. Трансзвуковые турбинные решетки 69

  3. Трансзвуковая компрессорная решетка 81

Глава 4. Прямые трехмерные решетки 92

  1. Турбинная решетка 92

  2. Компрессорная решетка 100

Глава 5. Численное моделирование характеристик плоских трансзвуковых

высокореактивных турбинных решеток 118

  1. Геометрия решеток и режимы обтекания 119

  2. Методические расчеты 122

  3. Результаты параметрических расчетов 132

Заключение 155

Литература 158

Основные обозначения

'а — скорость звука, м/с;

b - хорда профиля, м;

Ъх - ширина решетки, м;

Cf= xwl(pV ) - коэффициент трения;

Cj = Fjj - конвективный член уравнения сохранения величины ф;

СЛ t= ІРп -РіУІРп ~Р\) - коэффициент полного давления;

F. = (pur-S)j - поток массы через граньу, кг/с;

->

/ - вектор консервативных переменных;

G - массовый расход, кг/с;

h высота лопатки, м;

і = Рірасч - Pi - угол атаки, ;

к - кинетическая энергия турбулентности, (м/с) ;

L - длина лопатки, м;

/ - координата по высоте лопатки, м;

М - погонный крутящий момент относительно радиальной оси, проходящей

через центр масс профиля, Н; р - давление, Па;

quuqz- погонные составляющие действующей на профиль силы, Н/м; S - относительная криволинейная координата вдоль обводов профиля;

-* 2

S - поверхностный вектор (вектор площади грани), м ;

Sj - грань расчетной ячейки, м2;

.Уф - источниковый член уравнения сохранения величины ф;

Т- температура, К;

t - время, с;

t - шаг решетки, м;

Ти - степень турбулентности, %;

и, z - окружная и осевая координаты в решетке, м;

и' - пульсация скорости, м/с;

щ - компонента скорости в направлении xh м/с;

V— скорость потока, м/с;

х, у, z - декартовы координаты, м (для исследуемых решеток ось абсцисс совпадает с осевым направлением решетки, ось ординат - с окружным направлением, ось аппликат - с координатой по высоте лопатки);

Xj - декартова координата (/ = 1, 2, 3), м;

у+ = Vxd/v - безразмерная "координата стенки" (здесь d- расстояние от первого пристенного узла до твердой границы, м, Vx = /т^/'р - динамическая скорость, м/с);

Р - поточный угол, ;

Ргеом - геометрический угол, ;

Руст - угол установки профиля, ;

Гф - коэффициент диффузии в уравнении сохранения величины ф;

у - меридиональный угол, ;

є - скорость диссипации энергии турбулентности, м23;

С, = 1 - ф - коэффициент потерь кинетической энергии (здесь ф - отношение

средней скорости потока за решеткой к изоэнтропийной скорости); X = V/aKp - безразмерная скорость кр - критическая скорость звука, м/с); ц. - динамическая молекулярная вязкость, Па-с; д, - турбулентная вязкость, Па-с; v - кинематическая вязкость, м /с; v-іурб = v б vM01 - относительная турбулентная вязкость;

р - плотность, кг/м3;

с -ра/ра - коэффициент давления торможения;

xw - напряжение трения на стенке, Па;

ф - обозначает любую из зависимых переменных {к, є, со и т.п.); фу - среднее значение величины ф на граниу; Qp - объем расчетной ячейки, м3;

со - диссипативная переменная, отражающая характерную частоту турбулентных пульсаций, 1/с; со - половина угла раствора клина, ; со = (рп -раУ(Рп -Р\) - коэффициент потерь полного давления.

Индексы

  1. - сечение перед направляющей решеткой;

  2. - сечение за направляющей решеткой или перед рабочей решеткой;

  3. - сечение за рабочей решеткой; ад - изоэнтропийный параметр; мол - молекулярная величина;

ном - номинальное (расчетное) значение;

оп - опытное (экспериментальное) значение;

расч - расчетное значение;

ср - среднее значение;

турб - турбулентная величина;

эфф - эффективная величина;

in - параметр на входе в расчетную область;

out - параметр на выходе из расчетной области;

/ - параметр торможения.

Критерии подобия

V М = - число Маха; а

Re = - число Рейнольдса.

Сокращения

АО "ЛМЗ" - Акционерное общество "Ленинградский металлический завод";

ГНЦ РФ ЦИАМ - Государственный научный центр Российской Федерации Центральный институт авиационного моторостроения;

град - градус;

ИПМаш НАН Украины - Институт проблем машиностроения Национальной академии наук Украины;

МГТУ - Московский государственный технический университет;

МКО - метод конечных объемов;

СПбГПУ - Санкт-Петербургский государственный политехнический университет;

DFVLR - Deutschen Forschungs- und Versuchsanstalt fur Luft- und Raumfahrt;

High-Re - высокорейнольдсовая (квадратичная модель турбулентности);

LI - вариант расчетной сетки с удлиненным входным блоком;

Low-Re - низкорейнольдсовая (квадратичная модель турбулентности);

NASA - The National Aeronautics and Space Administration;

ONERA - Office National d'Etudes et de Recherches Aerospatiales;

SI - вариант расчетной сетки с укороченным входным блоком.

Примечание: Остальные обозначения вводятся и поясняются непосредственно в тексте диссертации.

Введение к работе:

Актуальность работы. Осевые тепловые турбомашины (паровые и газовые турбины, компрессоры) - основная продукция энергетического машиностроения. Паровые и газовые турбины устанавливаются на электростанциях, они широко распространены как авиационные и судовые двигатели, работают на газоперекачивающих станциях. Стремление повысить эффективность и надежность тепловых турбомашин ведет к непрерывному совершенствованию их проточных частей, в первую очередь - лопаточных аппаратов. В современных турбомашинах используют широкий набор лопаточных решеток, высокая эффективность которых подтверждена экспериментально. Однако при модернизации и проектировании новых агрегатов, практически всегда требуется разрабатывать новые лопаточные венцы. Это - трудоемкий процесс, требующий, как правило, дорогостоящей экспериментальной доводки.

Успехи вычислительной гидродинамики позволяют ставить актуальную для проектирования лопаточных венцов турбомашин задачу замены экспериментальных доводочных работ данными численного моделирования. Внедрению методов численного моделирования в практику проектирования турбомашин способствует практически повсеместное оснащение конструкторских бюро мощными персональными компьютерами, современными гидродинамическими программными пакетами, а также высокая компьютерная грамотность инженеров.

Цель и задачи работы. Цель работы - показать достижимость приемлемой для инженерных целей точности расчетной оценки локальных и интегральных характеристик дву- и трехмерного турбулентного течения газа в решетках турбомашин при использовании двух типичных универсальных гидродинамических программных пакетов (SINF и STAR-CD). При этом необходимо решить следующие основные задачи:

исследовать свойства выбранных гидродинамических пакетов применительно к моделированию течения в решетках турбомашин;

сформулировать рекомендации по выбору опций, обеспечивающих достижение приемлемой точности результатов моделирования;

провести серию тестовых расчетов плоских трансзвуковых турбинных и компрессорных решеток в широком диапазоне режимов обтекания;

выполнить тестовые расчеты трехмерных трансзвуковых турбинных и компрессорных решеток;

дать пример практического применения отработанной методики численного моделирования для расчета характеристик решеток, не подвергавшихся ранее экспериментальному исследованию.

Предметом исследования являются турбинные и компрессорные лопаточные решетки, их локальные и осредненные газодинамические характеристики при дву- и трехмерном обтекании турбулентным потоком газа, включая режимы трансзвукового течения.

Метод исследования - численное моделирование с помощью выбранных гидродинамических пакетов. Результаты численного моделирования подвергались анализу с точки зрения их качественной адекватности физической картине течения и тестированию на количественное соответствие опубликованным экспериментальным данным.

Научная новизна работы определяется тем, что впервые выполнено систематическое исследование свойств типичных газодинамических программных пакетов применительно к задаче численного моделирования дву- и трехмерного трансзвукового турбулентного течения в решетках турбомашин. Сформулированы методические рекомендации по выбору опций, обеспечивающих достижение приемлемой для инженерных целей точности результатов моделирования.

Практическая ценность работы. Показано, что корректное численное моделирование стационарного турбулентного течения газа в решетках турбомашин с помощью современного гидродинамического программного пакета не уступает по точности определения их локальных и интегральных характеристик экспериментальным данным. Таким образом, обоснована возможность существенного сокращения затрат на экспериментальную доводку новых лопаточных венцов.

На защиту выносятся:

рекомендации по сеточной сходимости решения и выбору подходящих для расчета течения в лопаточных решетках моделей турбулентности, а также анализ условий адекватной численной реализации программными комплексами скачков уплотнения;

данные по влиянию числа Рейнольдса и степени турбулентности набегающего потока, угла атаки и способа описания обводов профиля на газодинамические характеристики плоских турбинных решеток при дозвуковых скоростях;

результаты тестирования дву- и трехмерного трасзвукового обтекания турбинных решеток;

результаты тестирования дву- и трехмерного трасзвукового обтекания компрессорных решеток;

данные численного моделирования плоских трансзвуковых турбинных решеток, соответствующих верхним сечениям рабочей лопатки последней ступени мощной конденсационной паровой турбины.

Структура работы. Диссертация состоит из введения, списка обозначений, пяти глав, заключения и библиографического списка использованной литературы из 95 источников.

Подобные работы
Бас Алексей Анатольевич
Программно-инструментальные средства численного моделирования пространственных турбулентных течений на территориях с промышленной и гражданской застройкой
Бабурин Владимир Вячеславович
Разработка рекомендаций по выбору и применению средств пожарной сигнализации в установках противодымной защиты зданий повышенной этажности
Шабуров Виктор Николаевич
Оптимизация комплекта оборудования для предприятий, проводящих государственный технический осмотр автотранспорта с применением средств технического диагностирования
Назаров Павел Владимирович
Применение средств обеспечения достоверности передачи информации для повышения эффективности и надежности работы радиотехнических систем и комплексов
Рыжова Елена Владимировна
Комплекс методик предпроектного обоснования применения космических средств наблюдения для мониторинга состояния лесов
Сукьясов Сергей Владимирович
Применение технических средств симметрирования нагрузок в сельских распределительных сетях 0,38 КВ для повышения качества и снижения потерь электрической энергии
Рыжова Елена Владимировна
Комплекс методик предпроектного обоснования применения космических средств наблюдения для мониторинга состояния лесов
Поляков Николай Алексеевич
Система электростартерного пуска транспортных средств с применением комбинированного источника электрической энергии
Шаронов Сергей Павлович
Разработка методов организации инновационной деятельности строительных предприятий в условиях эффективного применения транспортных средств
Еремина Татьяна Юрьевна
Снижение пожарной опасности строительных конструкций и материалов за счет применения эффективных огнезащитных средств

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net