Технологии
Численное моделирование течения в центробежном компрессоре
22
Павел Смирнов, НТС (Россия) Thorsten Hansen, Florian R. Menter, ANSYS Germany GmbH (Германия)
В статье рассказывается о результатах численного моделирования трехмерного течения в одноступенчатом центробеж ном компрессоре с диффузором с изме няемой геометрией. Все расчеты были выполнены с использованием программ ного продукта ANSYS CFX версии 10.0. Рассматривались варианты стационарно го и нестационарного течения. В качес тве моделей турбулентности применя лись модели с двумя уравнениями класса RANS. Расчеты установившегося течения в компрессоре были проведены для двух лопаточных диффузоров с различными радиальными зазорами. Было получено хорошее согласование рассчитанного поля скоростей на выходе из лопаточно го аппарата с результатами эксперимен тальных продувок.
Они выполнялись на нескольких гексаэдрических сетках. Точное решение было получено для расчетной области, которая включала два канала рабочего колеса и три канала диффузора, а также для полной 360-градусной модели компрессора.
Обзор условий эксперимента Ступень компрессора (рис. 1) состоит из рабочего колеса без покрывного диска с 15 лопатками и из диффузора с 23 клиновидными лопатками. Рабочее колесо разработано фирмой MTU Aero Engines.
Введение Центробежный компрессор является одним из ключевых узлов газовых турбин, реактивных двигателей, насосов и других устройств. Эффективность и надежность компрессора в значительной мере зависит от характера течения в проточной части, которая и будет объектом нашего исследования. Хорошо известно, что взаимодействие между рабочим колесом и диффузором в центробежном компрессоре существенно влияет на характер течения и характеристики обоих узлов компрессора. Особенно сильно диффузор подвержен влиянию течения на выходе из рабочего колеса, что является причиной заметной неравномерности потока в области радиального зазора между выходом из рабочего колеса и входом в лопаточный диффузор. Современные технологии численного моделирования нестационарных процессов позволяют корректно спрогнозировать структуру течения в лопаточных диффузорах компрессора. Все расчеты были проведены при помощи коммерческого CFD-кода ANSYS CFX 10.0.
www.ansyssolutions.ru
Рис. 1. Общий вид ступени компрессора [1] Диффузор предоставляет возможность плавной независимой регулировки установочных углов лопаток, обозначенных как угол входа в лопаточный диффузор α4SS, и радиального за-
Рис. 2. Регулируемые геометрические параметры α4SS и r4/r2 [1]
ANSYS Solutions. Русская редакция | Весна 2007