ул. Красноказарменная 14, 111250, г. Москва
Krasnokazarmennaya str. 14, 111250, Moscow
ул. Красноказарменная 14, 111250, г. Москва
Krasnokazarmennaya str. 14, 111250, Moscow
В растущем числе публикаций результатов исследования турбомашин в ANSYS и других пакетах, к сожалению, не уделяется должного внимания выбору модели течения (абсолютное или относительное) и постановке граничных условий в областях, прилегающих к вращающемуся рабочему колесу: надбандажное, диафрагменное (концевое) уплотнения, зазор над безбандажными лопатками, рагрузочные отверстия в диске и др.
Как правило, эти области содержат такие элементы геометрии как «уступ», «выступ», «гребень», обтекание которых, а, следовательно, и их сопротивление зависит от угла натекания линии тока на преграду. В ступенях турбомашин в сечениях за неподвижными лопаточными аппаратами угол α1 между вектором скорости течения (в абсолютном движении) и окружной скоростью составляет 10°÷25° (для ступеней паровых турбин), 20°÷35° (для ступеней газовых турбин) и 40°÷75° ((для осевых ступеней компрессоров). Показано (на примере вязкого обтекания системы «уступ + выступ»), что изменение угла в диапазоне 15°÷90° изменяет сопротивление почти в 2 раза.
Выбор для домена того или иного типа модели течения (абсолютное или относительное) прежде всего предопределяет значение угла взаимодействия линий тока с препятствием: он остаётся близким к α1, либо, близким к β1 = α1 + 20°÷70°, что существенно изменяет и качественную картину вязкого обтекания характерных элементов геометрии («уступ», «выступ», «гребень»), и значения интегральных параметров (расход, мощность, КПД). Отсутствие рекомендаций по правильному выбору граничных условий неминуемо приведёт не только к невозможности сравнивать результаты различных публикуемых исследований, но и к их объективной ценности. Поэтому необходимость в обосновании предложений по выбору моделей течения в областях лабиринтных уплотнений, разгрузочных отверстий в дисках, зазоров над безбандажными рабочими лопатками и др. является весьма актуальной.
Unfortunately, in a growing number of publications of the results of the study of turbomachines in ANSYS and other packages, insufficient attention is paid to the choice of the flow model (absolute or relative) and the setting of boundary conditions in the areas adjacent to the rotating impeller: shroud seal, diaphragm (end) seals, gap over shroudless blades, steam balance holes, etc.
As a rule, these areas contain such elements of geometry as a “ledge”, “projection”, “crest”, the flow around which, and, consequently, their resistance depends on the angle of incoming flow relative to the barrier. In the stages of turbomachines in sections behind fixed blade units, angle α1 between the flow velocity vector (in absolute motion) and the circumferential velocity is 10°÷25° (for steam turbine stages), 20°÷35° (for gas turbine stages) and 40°÷75° ((for axial compressor stages). It is shown (using the example of viscous flow around the “ledge + projection” system) that a change in the angle in the range of 15°÷90° changes the resistance by almost 2 times.
The choice of a particular type of flow model (absolute or relative) for the domain primarily determines the value of the angle of interaction of the flow lines with an obstacle: it remains close to α1, or close to β1 = α1 + 20°÷70°, which significantly changes the qualitative picture of the viscous flow around the characteristic elements of geometry (“ledge”, “projection”, “crest”), and the values of integral parameters (flow rate, power, efficiency). The lack of recommendations on the correct choice of boundary conditions will inevitably lead not only to the inability to compare the results of various published studies, but also to their objective value. Therefore, the need to substantiate proposals for the choice of flow models in the areas of labyrinth seals, steam balance holes, gaps over shroudless blades, etc. is very relevant.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.