Конференции ИВТ СО РАН

Тезисы докладов

В работе на конкретных примерах рассматриваются особенности численного моделирования течений в турбомашинах. К основным особенностям можно отнести следующие.

1.      Определение степени сегментации области течения, способов задания дополнительных условий на искусственных границах между сегментами и организации расчета в выбранном сегменте. Основными сегментами разбиения проточного тракта гидротурбины являются спиральная камера со статорными колоннами, направляющий аппарат, рабочее колесо и отсасывающая труба. В направляющем аппарате и рабочем колесе может быть принято допущение о циклической повторяемости течения в межлопаточных и межлопастных каналах. В этом случае расчет проводится только в одном из каналов аппарата и колеса. Это позволяет использовать мелкие сетки для качественного описания течения. Но при этом отсутствует возможность учитывать окружную неравномерность и нестационарность потока.

2.      Выбор модели течения. В каждом сегменте проточного тракта турбины в потоке доминируют физические процессы, характерные только для этого сегмента. В соответствии с этим необходимо выбирать модели для описания течений в этих сегментах. С одной стороны модель должна отображать основные особенности течения, а с другой - быть экономичной. Например, в рабочем колесе основную роль играет процесс отъема рабочим колесом у жидкости ее вращательного момента RC_u. Этот процесс достаточно точно описывается простой стационарной моделью невязкой жидкости в циклической постановке. В то же время для определения динамических нагрузок на лопасти рабочего колеса необходимо использовать громоздкую нестационарную модель в полной постановке взаимодействия направляющего аппарата и рабочего колеса. На потери энергии в отсасывающей трубе значительное влияние оказывают вязкие свойства жидкости. Также эти свойства играют доминирующую роль в механизме формирования прецессирующего вихревого жгута за рабочим колесом, оказывающего значительное влияние на работу всей турбины. Поэтому для адекватного описания течения в отсасывающей трубе необходима эффективная турбулентная модель. Приводятся результаты моделирования прецессии вихревого жгута в коническом диффузоре и отсасывающей трубе радиально-осевой гидротурбины. Сравниваются результаты расчетов по различным турбулентным моделям и экспериментальные данные.

3.      Дискретизация области. При построении сетки в выделенном сегменте необходимо обращать особое внимание на области, которые оказывают наибольшее влияние на поток. К ним относятся зоны больших градиентов, отрыва и присоединения потока, и т.д. В работе исследуется влияние размера сетки в окрестности задней кромкой лопасти, на параметры течения. Показано, что недостаток узлов даже на прямолинейном участке кромки приводит к искажению всего потока, тогда как небольшое сгущение сетки позволяет в приближении невязкой жидкости получить адекватную картину течения.

4.      Учет <второстепенных> геометрических особенностей проточного тракта турбомашины. Поскольку геометрия даже одного сегмента сложна для описания, обычно проводится ее упрощение, то есть не учитываются зазоры, неровности уплотнений, реборды, и т.д. Однако иногда такие упрощения могут исказить структуру течения. В частности, в работе численно, в различных приближениях, исследуется влияние перетекания жидкости с рабочей стороны на тыльную через зазор между лопастью и корпусом турбины. Показано, что это перетекание практически не влияет на интегральные параметры течения, но изменяет распределение нагрузок на лопасти, и вызывает образование зон возможной кавитации. Так же показано, что учет влияния зазоров, должен проводится с использованием моделей турбулентного течения, так как в приближении невязкой жидкости нельзя точно рассчитать распределение давления на лопасти.

5.      Моделирование переходных и предельных режимов работы турбомашины. При проектировании турбомашин возникает необходимость в моделировании не только обычных режимов их работы, но и - предельных. К таким может быть отнесен процесс остановки рабочего колеса, когда из-за закрытия направляющего аппарата, вода в рабочее колесо не поступает, но оно остается заполненным водой и продолжает вращение. Моделирование движения жидкости, вызванное этим вращением, проводится в рабочем колесе и отсасывающей трубе. Проводится так же оценка нагрузок на лопасти и длинна распространения возмущений вдоль отсасывающей трубы.

Примечание. Тезисы докладов публикуются в авторской редакции

Ваши комментарии Обратная связь

[Головная страница] [Конференции]

© 1996-2000, Институт вычислительных технологий СО РАН, Новосибирск
© 1996-2000, Сибирское отделение Российской академии наук, Новосибирск