The Problem of Accounting for heat exchange between the flow and the flow part surfaces when modeling a viscous flow in low-flow stages of a centrifugal compressor

Abstract: In this paper, we review the problem of accounting for heat exchange between the flow and the flow part surfaces when creating a calculation model for modeling the workflow process of low-flow stages of a centrifugal compressor using computational fluid dynamics (CFD). The objective selected for this study was a low-flow intermediate type stage with the conditional flow coefficient Փ = 0.008 and the relative width at the impeller exit b2/D2 = 0.0133. We show that, in the case of modeling with widespread adiabatic wall simplification, the calculated temperature in the gaps between the impeller and the stator elements is significantly overestimated. Modeling of the working process in the flow part was carried out with a coupled heat exchanger, as well as with simplified accounting for heat transfer by setting the temperatures of the walls. The gas-dynamic characteristics of the stage were compared with the experimental data, the heat transfer influence on the disks friction coefficient was estimated, and the temperature distributions in the gaps between disks and in the flow part of the stage were analyzed. It is shown that the main principle when modeling the flow in low-flow stage is to ensure correct temperature distribution in the gaps.

АРХИТЕКТУРНЫЙ ПОДХОД К УПРАВЛЕНИЮ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ ГАЗОКОМПРЕССОРНЫХ СТАНЦИЙ С УСТАНОВКАМИ ПОДГОТОВКИ ГАЗА НИЗКОТЕМПЕРАТУРНОЙ СЕПАРАЦИЕЙ НА ОСНОВЕ ЦИФРОВОГО ДВОЙНИКА

На современных предприятиях все чаще возникает потребность в применении так называемых цифровых двойников – оцифрованных моделей объекта (процесса) или комплекса объектов (процессов) с высокой степенью детализации. Цифровой двойник позволяет значительно экономить ресурсы на тестирование гипотез: с его помощью можно определять оптимальные условия и повышать эффективность технологических процессов без проведения натурных испытаний. Одно из ключевых отличий цифровых двойников от обычных математических моделей – это объемная матрица входных изменяемых параметров, по которым максимально корректно рассчитываются выходные данные, например, решаются задачи поиска оптимальных конфигураций исследуемого прототипа.

Выбор сеточной модели и оценка влияния измерительных приборов в задачах моделирования вязкого потока в малорасходных ступенях центробежного компрессора

В работе рассматривается вопрос выбор сеточной модели и оценка влияния измерительных приборов, расположенных в проточной части (ПЧ) при численном моделировании (RANS-подход) вязкого потока газа в малорасходной ступени центробежного компрессора с условным коэффициентом расхода Ф=0,008 в программном комплексе Numeca Fine/Turbo. Проведена оценка влияния измерительных приборов — трубок полного давления, расположенных в 3 сечениях по диаметру диффузора. Сделан вывод о незначительном влиянии измерительных приборов по сравнению с другими видами потерь в малорасходной ступени центробежного компрессора. Рассмотрен вопрос сеточной независимости решения расчетной модели в рабочем тракте ступени и притрактовых областях. Показано, что обеспечение сеточной независимости решения в притрактовых областях малорасходной ступени важно не менее, чем в лопаточных аппаратах проточной части. Оценено влияние безразмерного расстояния первого пристеночного слоя y+ при использовании низкорейнольдсовой модели турбулентности Spalart-Allmaras.

Обоснование выбора расчетной области в задачах моделирования вязкого потока в малорасходных ступенях центробежного компрессора

В работе рассматривается вопрос определения расчетной области проточной части (ПЧ) при численном моделировании (RANS-подход) вязкого потока газа в малорасходной ступени центробежного компрессора с условным коэффициентом расхода Ф=0,008. Рассматривается несколько вариаций замены конструкционной сборки проточной части модельной ступени газодинамической моделью: основной рабочий тракт ступени; основной рабочий тракт ступени с учетом входного участка – патрубок и обтекатель;  основной рабочий тракт ступени с учетом притрактовых областей с полным и частичным присоединением к проточной части; основной рабочий тракт ступени с учетом поверхностей трения ступицы рабочего колеса.

ОСТАЛИСЬ ВОПРОСЫ?

Позвоните нам по телефону +7 (812) 715-41-64
или оставьте заявку и получите консультацию нашего эксперта