Завацкая А. В., Данилишин А. М., Зуев А. В.

Выбор конструктивных параметров неподвижных элементов компрессора оказывает существенное влияние на его основные технико – экономические показатели – КПД, напор, массу и габариты. Основные требования, предъявляемые к проточной части входного устройства, сводятся к следующим: минимальные потери давления; равномерное поле скоростей и давлений в выходном сечении; минимальные осевые и радиальные размеры; технологичность конструкции[1].

В настоящей работе проведено исследование течения газа в осесимметричном криволинейном канале конфузора всасывающей камеры первой секции центробежного компрессора от сечения k—k до сечения 0-0 с целью определения оптимальной формы канала, обеспечивающей снижение потерь давления и равномерность потока на выходе.

Для оценки возможности совершенства указанного канала проведены расчеты течения газа при различных значениях конфузорности. Схема осесимметричного конфузора приведена на рис.1.

Рис.1. Схема осесимметричного конфузора[2]

Численное моделирование потока проводилось с помощью программного пакета ANSYS CFX 14.5[3]. В ходе работы была построена гексаэдрическая блочно-структурированная сетка, полученная после расчетов на сеточную независимость от числа элементов. Количество элементов сетки – 800000.

Для расчета была принята модель турбулентности SST – двухпараметрическая модель для сдвиговых напряжений. Она объединяет в себе две модели турбулентности: в пограничном слое используется модель , а в ядре потока — . Это обеспечивает получение качественных результатов как в ядре потока, так и вблизи стенок[4].

Исследовались конфузоры с различной степенью конфузорности. Расчеты проводились для совершенного газа – воздуха и для реального попутного нефтяного газа.

Полное давление в сечении k—k на входе в конфузор определялись двумя способами (формулы 1, 2).

В результате были получены значения коэффициента потерь во входном конфузоре и построены графики зависимости коэффициента потерь от коэффициента конфузорности.

Для анализа полученных результатов рассматривались коэффициенты сопротивления в круглой трубе в зависимости от числа Рейнольдса по данным Никурадзе и опытные данные о коэффициентах потерь в конфузоре компрессора для воздуха[5].

При определении числа Рейнольдса коэффициент кинематической вязкости для воздуха принимался равным , а для газа . В таблице 1 приведены результаты расчета для воздуха при определении потерь давления в конфузоре по параметрам в сечении 0-0 (первый способ). Значения коэффициента потерь давления в конфузоре, соответствующие опытным данным, в зависимости от параметров  и  [5], представлены в таблице 2.

Таблица 1. Результаты расчета для воздуха при определении потерь давления в конфузоре первым способом

Таблица 2. Значения коэффициентов потерь давления, соответствующие коэффициентам конфузорности, определяемые по данным [5]

Таблица 3. Результаты расчета для воздуха при определении потерь давления в конфузоре вторым способом

Как видно, в результате расчета в ANSYS коэффициенты потерь давления по первому способу имеют ту же тенденцию изменения в зависимости от конфузорности канала компрессора, что и в опытных данных [5], но меньше опытных значений коэффициентов потерь.

В таблице 3 приведены результаты расчета по программе ANSYS при определении коэффициента потерь по второму способу.

Полученные значения коэффициента потерь давления отличаются от полученных по первому способу не только по величине, но и по характеру изменения при увеличении конфузорности канала, но более близки по значениям к коэффициентам потерь давления, получаемым по данным [5].

Расчеты течения сжимаемого в компрессоре газа в конфузоре представлены ниже в таблицах 4, 5.

Таблица 4. Результаты расчета для газа при определении потерь давления в конфузоре первым способом

Таблица 5. Результаты расчета для газа при определении потерь давления в конфузоре вторым способом

Как видно, характер изменения коэффициентов потерь давления при различной конфузорности канала для воздуха и для сжимаемого в компрессоре газа аналогичен, однако, значения коэффициента потерь давления в конфузоре для газа получаются выше, чем для воздуха. Можно заметить, что согласно кривым Никурадзе коэффициент трения на стенках канала для воздуха выше, чем для газа.

На следующем этапе будут проведены расчеты с использованием других моделей турбулентности. Это позволит сравнить полученные значения коэффициента потерь и оценить применимость каждой модели для решения данной задачи.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Селезнев К. П., Подобуев Ю. С., Анисимов С. А. Теория и расчет турбокомпрессоров. – Л.: Машиностроение. Ленинград, 1968. – 408 с.
2. Завацкая А. В. Расчет и конструирование центробежного компрессора. Курсовой проект. СПбПУ КВиХТ. 2016. – 60 с.
3. ANSYS CFX 14.5: Users Manual [Электронный ресурс] / ANSYS Inc., 2014.
4. Любимов А. К., Шабарова Л. В. Методы построения расчетных сток в пакете ANSYS ICEM CFD [Электронный ресурс]: Электронное методическое пособие. – Нижний Новгород: Нижегородский госуниверситет, 2011. – 25 с.
5. Идельчик И. Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. М.: Машиностроение, 1975. – 104 с.