НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

Файл статьи: SE-BMSTU...o082.pdf (2216.41Кб)

УДК 641.438

Россия,  НИИ Энергомашиностроения МГТУ им. Н.Э. Баумана

Целью работы является выбор модели турбулентности для замыкании осреднённых по Рейнольдсу уравнений Навье-Стокса при расчёте характеристик малоразмерного центробежного компрессора. Для этого были построены трёхмерные сектора (так как компрессор осесимметричен) рабочего колеса и лопаточного диффузора центробежного компрессора, на основе чего были созданы две сеточные модели. Размерность сеточной модели для расчёта на моделях турбулентности k-omega и SST составила 1,4 млн. элементов и безразмерный параметр y+ не превышал 2. Для моделей турбулентностей семейства k-epsilon сеточная модель составила также 1,4 млн. элементов, а безразмерный параметр y+ был больше 20, что соответствует рекомендованным значениям.
Следующей частью работы было задание граничных условий, необходимых для корректного расчёта. При входе в рабочее колесо закладывалось давление рабочего тела и полная температура, а при выходе расход газа через ступень. На боковых гранях секторов закладывалось граничное условие «Periodic», позволяющее не считать всё колесо, а только осесимметричную часть, что существенно снижает требуемые вычислительные и временные ресурсы. Учёт меридионального зазора помимо построенной геометрии дополнительно учитывался граничным условием «Counter Rotating Wall», которое позволяет во вращающемся домене оставлять покрывной диск неподвижным.
Следующим этапом работы был анализ результатов проведённых расчётов, который показал, что модель турбулентности k-epsilon и RNG не показывает векторы скоростей в пограничном слое, а «отодвигает» поток от лопатки с помощью пристеночных функций. В ядре потока модель турбулентности k-omega показала течение невозмущённого потока, что не характерно для компрессора, работающего на предпомпажном режиме. Течение вязкого газа за лопаточным диффузором на моделях турбулентности SST, k-omega, RNG и  k-epsilon имеет схожий характер.
В работе представлено сравнение напорных характеристик ступени центробежного компрессора, где при больших значениях расходов рабочего тела модель турбулентности SST имеет минимальные напорные характеристики.
Следовательно, к проведению дальнейших расчётов можно рекомендовать модель турбулентности SST, которая качественно описывает отрывные зоны на поверхностях лопаток и ядро потока. Но, не смотря на это, данные расчёты нуждаются в верификации с экспериментально полученными интегральными значениями.

1. Карлов А.М., Куфтов А.Ф. Отработка методики численного моделирования трехмерного вязкого течения в осерадиальном колесе центробежного компрессора в программном комплексе ANSYS CFX // Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2012. № 11. С. 69-80. DOI:10.7463/1112.0465832
2. Галеркин Ю.Б., Гамбургер Д.М., Епифанов А.А. Анализ течения в центробежных компрессорных ступенях методами вычислительной гидрогазодинамики // Компрессорная техника и пневматика. 2009. № 3. С. 22-32 .
3. Гамбургер Д.М. Численное моделирование течения вязкого газа в центробежной компрессорной ступени: методика и результаты: дис. ... канд. техн. наук. СПб., СПбГПУ, 2009. 190 с .
4. Куфтов А.Ф. Обобщенный метод расчета и профилирования центробежных компрессоров и насосов на основе коэффициентов аэрогидродинамических нагрузок: дис. ... докт. техн. наук. М., МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1994. 348 с.
5. Арбеков А.Н., Новицкий Б.Б. Экспериментальное исследование характеристик ступени малоразмерного центробежного компрессора // Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2012. № 8. C. 491-501. DOI:10.7463/0812.0432308
6. Арбеков А.Н., Новицкий Б.Б., Определение характеристик малоразмерного центробежного компрессора // Инженерный журнал: наука и инновации . 2012. № 10. Режим доступа: http://engjournal.ru/catalog/machin/energy/396.html (дата обращения 01.05.2015).
7. Куфтов А.Ф., Сыроквашо А.В. Профилирование проточной части рабочих колёс осерадиальных компрессоров // Авиационная и ракетная техника. 2010. № 4. С . 35-41 .
8. Патанкар С. Численные методы решения задач теплообмена и динамики жидкости. М.: Энергоатомиздат, 1984. 152 с.