Моделирование течения в межлопаточном канале сопловой решетки

Геометрические характеристики межлопаточного канала задаются следующими параметрами: угол установки α_у=30 ̊, относительный шаг лопаток t=0,75, высота лопатки l=60,6 мм, длина хорды профиля b=60,6 мм.

Для моделирования течения потока в межлопаточном канале применяется иженерно-прикладная программа Ansys 13.0. Данный программный продукт достаточно универсален. В нем возможно моделировать гидро-, газодинамические, тепловые, электромагнитные явления и т.д.

Рис.1.- Трехмерная модель профиля С-9009А.

С помощью модуля Turbo mesh строится конечно-разностная сетка (рисунок 2). Количество ячеек составляет 300000.

При расчете обтекания сопловой решетки потоком используется стандартная модель турбулентности k-ε. Модель газа, в качестве которой используется воздух, считается идеальной. В качестве начальных параметров задаются полное давление и температура. На выходе уровень статического давления поддерживается постоянным. Теплообмен между потоком и стенкой лопатки не учитывается.

Рис.2.- Расчетная сетка межлопаточного канала.

На основе проведенного расчета были получены поля распределения скоростей (рисунок 3) и статических давлений (рисунок 4) в межлопаточном канале по среднему диаметру.

Рис.3.- Поле скоростей в межлопаточном канале.

На рисунке 3 темные области соответствуют низким значениям скорости потока, а более светлые - высоким. Во входной области канала часть потока тормозится о входную кромку и переднюю часть корытца. Происходит поворот потока и его ускорение. Поток достигает максимального значения скорости на выходе из канала.

На рисунке 4 темные области  соответствуют высоким значениям статического давления, а светлые – более низким. Видно, что по мере продвижения потока вдоль канала статическое давление уменьшается.

Рис.4.- Поле статических давлений в межлопаточном канале.

Анализ полученных данных показывает, что с уменьшением ширины канала происходит ускорение потока, при этом статическое давление падает. Таким образом, происходит преобразование потенциальной энергии потока в кинетическую. Этот факт согласуется с теоретическими аспектами газодинамики [3] и свидетельствует (в первом приближении) о верном задании исходных данных и выполненном моделировании.

Следующим этапом математического моделирования является проверка адекватности полученной модели. Для верификации моделирования течений в межлопаточных каналах далее требуется сравнение полученных результатов с экспериментальными данными. После подтверждения адекватности модели ее можно использовать для исследования режимов течения потока в межлопаточном канале с дальнейшей  оптимизацией с целью улучшения газодинамических показателей.

Список литературы

1.   Дейч М.Е., Филиппов Г.А., Лазарев Л.Я. Атлас профилей решеток осевых турбин М.: Изд-во Машиностроение, 1965 г., 96 с.
2.   Лазарев Л.Я., Степанова Т.Н., Ряховская Н.В., Фадеев В.А. Геометрические и энергетические характеристики профилей турбинных лопаток постоянного сечения М.: Изд-во МЭИ, 2004 г., 51 с.
3.   Дейч М.Е., Зарякин А.Е. Гидрогазодинамика М.: Изд-во Энергоатомиздат, 1984 г., 384 с.