А.М. Яблоков, Ю.В. Кожухов

Целью проводимой работы является получение на расчётном режиме численными методами параметров работы модельного малорасходного рабочего колеса центробежного компрессора (ЦК) с расчётным условным коэффициентом расхода Ф_р=0,028 [1].

Для проведения численного эксперимента использовался пакет ANSYS CFX (правообладатель лицензии — Отделение вычислительных ресурсов ИТК СПбГПУ).   Расчётная область представляет из себя один лопаточный сектор рабочего колеса (РК) и соответствующий ему сектор безлопаточного диффузора (БЛД). Построение трёхмерной модели одного лопаточного сектора проводилось в приложении Ansys BladeGen. В приложении TurboGrid построена блочно-структурированная сетка на 517764 элемента. Граничными условиями для расчёта были приняты стандартные параметры: для входа в расчётную область задавались полное давление P^*=101325 Па и полная температура Т^*=288 К; на выходе задавался массовый расход, соответствующий расчётному режиму работы всей ступени =0,9 кг/с, для сектора соответственно =0,06 кг/с. Частота вращения ротора также соответствовала номинальному режиму работы n=9600 об/мин. В постановке  задачи использовалась модель турбулентности Shear Stress Transport (SST) [2].

На рисунках 1 и 2 представлено распределение давления в РК и БЛД.

Рис. 1. Распределение статического давления в рабочем колесе и БЛД (при высоте лопатки 50% — по средней высоте)

Рис. 2. Распределение статического давления у входной кромки лопатки РК (при высоте лопатки 90% — у покрывающего диска)

Распределение давления соответствует физической картине течения в РК и БЛД. Течение в межлопаточном канале РК имеет диффузорный характер (рис. 1). Значение давления на передней поверхности лопатки больше чем на задней, что обусловлено влиянием вращения РК. На рисунке 2 показано распределение давления близ входной кромки лопатки. Можно заметить, что возмущения, вносимые лопаткой в поток, развиваются в большей степени на переднюю поверхность лопатки, создавая тем незначительное разрежение вблизи входной кромки, что может свидетельствовать об ударном обтекании входной кромки.

На рисунках 3 и 4 показано распределение относительной скорости в РК и скорости в БЛД.

Рис. 3. Распределение относительной скорости в РК и скорости в БЛД (при высоте лопатки 50% — по средней высоте)

Рис. 4. Распределение скоростей у входной кромки лопатки (при высоте лопатки 90% — у покрывающего диска)

Распределение скоростей также соответствует физической картине течения. На передней поверхности лопатки (области повышенного давления) наблюдается некоторое замедление потока в силу большего градиента давления, на задней же поверхности лопатки (в зоне пониженного давления) наблюдается обратная картина (рис. 3). На рисунке 4 на передней поверхности видна низкоэнергетическая зона, что подтверждает ударное обтекание лопатки – с отрицательным углом атаки, т.е. завышенным значением массового расхода.

Дальнейшим этапом работы будет построение характеристик всей ступени с последующим сравнением с экспериментальными данными.

Работа выполнена при поддержке Советом по грантам Президента Российской Федерации (грант № МК-5839.2012.8).