Название статьи:
Развитие численных методов для моделирования аэродинамических сил на рабочие лопатки турбомашин
Авторы: Мань Н.В., аспирант, кафедра электрооборудования и физики, Иркутский государственный аграрный университет им. А.А. Ежевского, п. Молодежный, Иркутский район, Российская Федерация,
manhzhucov@gmail.com В рубрике:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
Год: 2024 Том: 6 Номер журнала: 4
Страницы: 426-437
Тип статьи: Научная статья
УДК: 519-7
DOI: 10.17150/2713-1734.2024.6(4).426-437
Аннотация:
В эксплуатации течение газа на рабочие лопатки не стационарно из-за существования кромочного следа при прохождении потока газа через межлопаточные каналы лопаток направляющего аппарата. Это вызывает переменную аэродинамическую силу, которая периодически повторяется с высокой частотой. Кроме того, аэродинамические нагрузки на рабочие лопатки не равномерно распределены, так как аэродинамический профиль лопатки изменяется по длине лопатки. Все эти величины вызывают сложность математического моделирования аэродинамических сил и оценки их влияния на динамические и прочностные характеристики рабочих лопаток турбомашин. Данная статья посвящена созданию и развитию численных методов, основанных на теории лопаточных элементов, разложении в ряды Фурье и методе временной дискретизации, для решения поставленной задачи. В результате представлена схема распределения и величины аэродинамических нагрузок, действующих на рабочие лопатки с учетом их изменения по времени и по длине лопатки. Также в работе описан алгоритм, необходимый для настройки модели в Ansys Workbench для изучения аэродинамики компрессора турбомашин. Изучена сходимость размерности расчетной сетки, необходимая для выполнения детального моделирования с целью получения точных решений в области вычислительной гидродинамики.
Ключевые слова: рабочие лопатки, математическая модель, аэродинамическая нагрузка, теории лопаточных элементов, турбомашин
Список цитируемой литературы: - Паровые и газовые турбины для электростанций : учебник / А.Г. Костюк, В.В. Фролов, А.Е. Булкин, А.Д. Трухний. - Москва : Изд. дом МЭИ, 2016. - 557 с.
- Репецкий О.В. Компьютерный анализ динамики и прочности турбомашин / О.В. Репецкий. - Иркутск : Изд-во ИрГТУ. - 1999. - 301 c.
- Старков Р.Ю. Разработка моделей расчета аэродинамических характеристик турбомашин и их применение на этапе проектирования : дис. ... канд. техн. наук : 05.07.05/ Р.Ю. Старков. - Рыбинск, 2005. - 145 с.
- Макаров П.В. Прогнозирование и исследование условий возникновения флаттера рабочих колес компрессоров газотурбинных двигателей и установок на этапе их проектирования : дис. ... канд. техн. наук : 01.02.06 / П.В. Макаров. - Санкт-Петербург, 2012. - 160 с.
- Коленько Г.С. Нестационарные и осредненные аэродинамические нагрузки, действующие на рабочие лопатки разной геометрии / Г.С. Коленько, А.С. Ласкин. - DOI 10.18721/JEST.26102. - EDN WGMBLA // Научно-технические ведомости СПБПУ. Естественные и инженерные науки. - 2020 - Т. 26, № 1. - С. 15-28.
- Numerical Prediction of Aerodynamic Loads Acting on a Blade Section-Model Oscillating in Stall / N. Cortes, X. Amandolese, J.-L. Pfister [et al.]. - DOI 10.1088/1742-6596/2767/2/022014 // Journal of Physics: Conference Series. - 2024. - Vol. 2767, iss. 2. - P. 022014.
- Пятунин К.Р. Тестирование и адаптация новых подходов к моделированию течения в нестационарной постановке для задач аэродинамики / К.Р. Пятунин, Н.С. Лугинина, Р.А. Диденко. - EDN RBWGOT // Труды МАИ. - 2013. - № 65. - C. 17.
- Mohamed A.A. Rotor Blade Aerodynamics Forces Modelling for Dynamic Analysis / A.A. Mohamed // American Academic Scientific Research Journal for Engineering, Technology, and Sciences. - 2021. - Vol. 82, no. 1. - P. 66-77.
- Aerodynamic Modeling of Propeller Forces and Moments at High Angle of Incidence / Y. Leng, H. Yoo, T. Jardin [et al.]. - DOI 10.2514/6.2019-1332 // AIAA Scitech 2019 Forum, 7-11 January 2019. San Diego, 2019.
- Ledoux J. Analysis of the Blade Element Momentum Theory / J. Ledoux, S. Riffo, J. Salomon. - DOI 10.1137/20M133542Xff // SIAM Journal on Applied Mathematics. - 2021. - Vol. 81, no. 6. - P. 2596-2621.
- Попов С.А. Математическая модель влияния состояния обтекания на аэродинамические характеристики маневренного самолета / С.А. Попов, Ю.А. Гондаренко. - EDN WWRCYR // Труды МАИ. - 2016. - № 89. - С. 6.
- Naidu A.D. A Comparative Study of Transient Blade Row and Blade Count Scaling Approaches for Numerical Forced Response Analysis in a Transonic Turbine / A.D. Naidu, K. Vogel, M. Fischer. - DOI 10.29008/ETC2017-305 // Proceedings of 12th European Conference on Turbomachinery Fluid dynamics & Thermodynamics. - Stockholm, 2017.
- Blumenthal R. Investigation of Transient CFD Methods Applied to a Transonic Compressor Stage / R. Blumenthal, B. Hutchinson, L. Zori. - DOI 10.1115/GT2011-46635 // ASME Turbo Expo 2011, Vancouver, June 6-10, 2011. - Vancouver, 2011.
- Experimental and Computational Analysis of a Multistage Axial Compressor Including Stall Prediction by Steady and Transient CFD Methods / C. Cornelius, T. Biesinger, P. Galpin, A. Braune. - DOI 10.1115/GT2013-94639 // Journal of Turbomachinery. - 2013. - Vol. 136, no. 6.
- Репецкий О.В. Численное исследование влияния размерности сетки на расчет аэродинамических параметров осевой лопатки в вычислительной гидродинамике / О.В. Репецкий, В.М. Нгуен. - EDN PYTTLL // Актуальные вопросы агропромышленного комплекса России и за рубежом : материалы всерос. (нац.) науч.-практ. конф. с междунар. участием, Иркутск, 11 нояб. 2021 г. - Молодёжный, 2021. - С. 227-234.
- Репецкий О.В. Математическое моделирование влияния аэродинамической нагрузки на прочностные характеристики лопаток турбомашин / О.В. Репецкий, Н.В. Мань. - - DOI 10.17150/2713-1734.2023.5(3).275-287. - EDN EWLVLH // System Analysis and Mathematical Modeling. - 2023. - Т. 5, № 3. - С. 275-287.
- Brown J.W. Fourier Series and Boundary Value Problems / J.W. Brown, V.R. Churchill. - New York : McGraw-Hill Book Company, 1941. - 416 p.