Создание расчетной сетки турбины турбонасосного агрегата
Создание расчетной сетки турбины турбонасосного агрегата
Creating a computational grid of the turbine of the turbopump
Автор: Лабзов Кирилл Игоревич
БГТУ «ВОЕНМЕХ» им. Д.Ф. Устинова, Санкт-Петербург, Россия
e-mail: labzov.kirya@bk.ru
Labzov Kirill Igorevich
BSTU «VOENMEH» named after D.F. Ustinov, St.-Petersburg, Russia
e-mail: labzov.kirya@bk.ru
Аннотация: В данной статье изложена последовательность создания расчетной сетки для моделирования потоков в турбине турбонасосного агрегата.
Abstract: This article describes the sequence of creating a computational grid for modeling flows in a turbine of a turbopump.
Ключевые слова: расчётная сетка, численное моделирование.
Keywords: computational grid, numerical modeling.
Тематическая рубрика: Технические науки и технологии.
Численное моделирование потоков в турбинах в большинстве случаев базируется на использовании периодических граничных условий на боковых поверхностях единственного лопаточного венца. Назначение данного типа граничных условий позволяет воспроизводить лишь малую часть полной расчетной области, что значительно ускоряет процесс моделирования. Число моделируемых направляющих и рабочих лопаток подбирается кратным числам всех направляющих и рабочих лопаток. В связи с тем, что в настоящей работе рассматривается течение в турбине, в которой подвод рабочей среды происходит не с помощью направляющих лопаток, а с помощью сопловых аппаратов, было подобрано минимальное число сопловых аппаратов и минимальное число, рабочих лопаток, приходящихся на данные сопловые аппараты. В результате данного упрощения полная расчетная область заменяется расчетной областью, которая в шесть раз меньше исходной.
В связи с планированием использования метода вращающихся систем координат и метода скользящих сеток было принято решение создать сборную расчетную сетку из сеток, для различных областей потока в турбине (область соплового аппарата, область торцевого зазора между сопловым кольцом и рабочим колесом, область рабочего колеса).
Для построения сетки, соответствующей области, охватывающей пятнадцать рабочих лопаток, в начале с помощью булевых операций была получена твердотельная модель единственной рабочей лопатки. Далее с помощью необходимых операций (указание втулочного и периферийного обводов, входной и выходной границ, поверхностей рабочей лопатки и т.д.) информация о рабочей лопатке и области потока, приходящейся на данную рабочую лопатку, была передана в модуль, позволяющий создавать блочно-структурированные сетки для рабочих лопаток.
После создания блочно-структурированной сетки единственной рабочей лопатки, данная сетка была размножена (копирована) до области, охватывающей пятнадцать рабочих лопаток. В этом же модуле была проведена проверка полученной расчетной сетки на отсутствие сеточных дефектов (высокая скошенность, вытянутость элементов и т.д.), которая не показала каких-либо ошибок.
Для области потока в сопловых аппаратах была создана неструктурированная, тетраэдрическая сетка с пристеночными призматическим слоями.
Для области потока в торцевом зазоре сетка была построена путем выдавливания одной из границ сетки области рабочего колеса.
После три данных сеточных зоны объединялись в одну расчетную сетку, использующуюся в дальнейшем для расчета. Вид итоговой расчетной сетки представлен на рисунке 1.
Рисунок 1 – Вид итоговой расчетной сетки
Основные характеристики данной расчетной сетки по соответствующим сеточным зонам приведены в таблице 1.
Таблица 1 – Характеристики итоговой расчетной сетки
Характеристика расчетной сетки |
Значение |
РК |
|
Число элементов |
1761900 |
Число узлов |
1623225 |
Диапазон изменения Orthogonal quality |
0,726…1 |
Диапазон изменения Aspect Ratio |
0,0034…0,99 |
Торцевой зазор |
|
Число элементов |
45372 |
Число узлов |
35972 |
Диапазон изменения Orthogonal quality |
0,9914…1 |
Диапазон изменения Aspect Ratio |
0,0188…0,9834 |
СА |
|
Число элементов |
435780 |
Число узлов |
166302 |
Диапазон изменения Orthogonal quality |
0,01…0,992 |
Диапазон изменения Aspect Ratio |
1,164…1484,3 |
Список литературы:
1. Аксенов А.А. Моделирование нестационарного течения, поля давления и динамических нагрузок в автономной турбине / А.А. Аксенов, Р.О. Ишаев, Д.В. Клименко, С.Ф. Тимушев // Вычислительный эксперимент в аэроакустике: 7-ая всероссийская конференция, г. Светлогорск Калининградской обл., 17- 22 сентября 2018 г.: Сборник тезисов. – М.: ИПМ им. М.В. Келдыша, 2018. – 214 с.
2. CFD-моделирование автономных осевых турбин турбонасосных агрегатов ЖРД в ANSYSCFX: метод. указания/ сост. А.В. Сулинов, Л.С. Шаблий - Самара: Изд-во Самар. гос. аэрокосм. ун-та, 2012. - 47 с.: ил.