Д.М. Харя, В.А. Миляев

Актуальность. Развитие ряда основных отраслей промышленности, таких как металлургия, энергетика, газовая и химическая и.т.д. невозможно без совершенствования применяемого в них оборудования и, в частности, центробежных компрессоров.

Перед исследователями центробежных компрессоров стоит деве главные задачи:

1. Повышение аэродинамической эффективности компрессоров;
2. Разработка более точных методов аэродинамического расчета проточных частей;

Характером взаимодействия потока с рабочим колесом определяется как эффективность самого колеса, так и структура потока на выходе из него. Поток реального (вязкого) газа через центробежное колесо весьма сложен. В связи с этим актуально изучать течение в колесе экспериментально.[1]

Экспериментальные методы исследования рабочих колес разделяются на исследование в абсолютном и относительном движении. Первые дают суммарные характеристики экономичности и напорности колеса, но не позволяют судить о структуре потока в межлопаточных каналах колеса. Действительные закономерности течения газа в колесе дают исследования в относительном движении.[2]

Цели и задачи работы. Целью данной работы является изучение влияния формы профиля лопаток на характеристики и структуру потока в колесе и за ним на стенде ЭЦК-2М.

Объектом исследования является ступень центробежного компрессора рис.1 имеющая в своем составе рабочее колесо радиального типа. Междисковые зазоры и лабиринтные уплотнения не включены.

Рис.1Радиальное сечение РК

Для выполнения работы выполнены следующие задачи: восстановлен стенд ЭЦК-2М, произведен замер геометрии РК, построены необходимые расчетные сетки элементов ступени, выполняется адаптация численной модели. Затем делаются CAD — модели лопатки рабочего колеса. После чего в модуле Geometry строится его проточная часть.

В результате работы были построены качественные расчетные сетки с суммарным количество ячеек – до 1000000. Затем в модуле CFX были расставлены все граничные условия и параметры расчета (рис. 2).

Рис. 2 Задание ГУ

Модель турбулентности – SST.[3] На входе задано полное давление и полная температура. На выходе задан массовый расход. Рабочая среда – совершенный газ – воздух. В контрольных сечениях были расставлены точки мониторинга для контроля сходимости решения.

Произведен пробный расчет рис.3 с целью проверки значений y+<2 [4], проверки стыкуемости интерфейсов и оценки режима работы.

Рис.3 Векторы скорости на 1 режиме

После проведения расчетов планируется произвести обработку результатов с построением характеристики компрессора. Затем произвести сопоставление и сравнение ее с опытной, полученной в результате эксперимента на стенде ЭЦК-2М. Вычисляется погрешность.

ЛИТЕРАТУРА:

1.  Ю.В. Кожухов, Ю.Б. Галеркин. Теория турбомашин. Основы теории турбокомпрессоров: учеб. пособие – СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2013.с.245
2. Кожухов Ю.В., Данилишин А.М, Галеркин Ю.Б. Сравнительный анализ результатов расчета вязкого трехмерного потока в комплексе программ Ansys CFX 14.0 и натурного эксперимента для центробежной компрессорной ступени промежуточного типа с учетом протечек. // Неделя науки СПбГПУ. Лучшие доклады: материалы научно-практической конференции с международным участием. – СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2013. – 17-20 с.
3. Данилишин А.М., Кожухов Ю.В. Анализ влияния на характеристики центробежной компрессорной ступени параметров модели в AnsysCFX. Неделя науки СПбПУ: материалы научно-практической конференции с международным участием. ИЭиТС СПбПУ. Ч.2-СПб.: Изд-во Политехн. ун-та 2014. -228с. с212-214.
4. А.М. Данилишин, Ю.В. Кожухов, Л.В. Гилева, А.А. Лебедев. Верификация CFD-расчета на суперкомпьютере среднерасходных модельных ступеней. Суперкомпьютерные дни в России: Труды международной конференции (26-27 сентября 2016 г., г. Москва). – М.: Изд-во МГУ, 2016. – 1128 с. с. 816-828