К.С. Трибунская,  Ю.В. Кожухов

Целью данной работы является проведение численного эксперимента первой ступени осевого компрессора судового турбонаддувочного агрегата ТНА-1 [1]. В данном агрегате для лопаточных аппаратов используется модельная ступень ЦКТИ (К-100-2л) со степенью реактивности Ω=1. Первая ступень состоит из входного направляющего аппарата (ВНА) с количеством лопаток z_ВНА=60, рабочего колеса (РК) с количеством лопаток z_РК=54 и направляющего аппарата (НА) с количеством лопаток z_ВНА=63. 

На первоначальном этапе по данным Атласа исходных ступеней ЦКТИ [2] были выполнены твёрдотельные модели лопаток входного направляющего аппарата, рабочего колеса и промежуточного направляющего аппарата в программе ProEngineer (правообладатель лицензии — кафедра КВХТ СПбГПУ). Далее в рабочей среде ANSYS Workbench программного пакета ANSYS (правообладатель лицензии — Отделение вычислительных ресурсов ИТК СПбГПУ) в приложении TurboGrid была сформирована сетка, состоящая более чем из 160000 элементов для каждого лопаточного сектора. В связи с особенностями потока в проточной части осевого компрессора, а именно возможным наличием обратных токов на ограничивающих поверхностях, были сформированы достаточно протяжённый входной участок перед входным направляющим аппаратом длиной  и выходной участок за промежуточным направляющим аппаратом длиной . Это позволило задать граничные условия на входе и выходе, исключающие обратный ток, и не нарушить реальной физической картины течения.

Численный эксперимент производился в программе CFX, встроенной в рабочую среду ANSYS Workbench. В качестве граничных условий были приняты: на входе в ступень статическая температура T_inl=303 К и начальное давление P_inl= 97700 Па, на выходе массовый расход через лопаточный сектор  при расходе через ступень . Модель турбулентности — SST. Расчёт проводился при 1500 итерациях. Удовлетворительная сходимость решения получена при 600 итерациях.

Воспользовавшись результатами, полученными на 1000 итерациях, можно наблюдать полную картину течения в ступени. Для визуализации были  построены линии тока в трёх сечениях (у втулки, на середине лопатки и у периферии). На рис. 1 показаны линии тока в ступени и значения скорости по трём сечениям: у втулки, по средней высоте лопаток и на периферии.

Направление потока на входе задано с условием Zero Gradient, это означает, что осевая составляющая скорости постоянная в любой точке входного сечения. Такая постановка задачи наиболее полно соответствует реальному потоку. Также следует учитывать, что для повышения точности расчёта элементы сетки должны располагаться в ортогональных плоскостях.

Следующим этапом работы является численный эксперимент во всём лопаточном аппарате проточной части компрессора, состоящем из 9 ступеней.

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

Рис.1. Линии тока и скорости потока в ступени. a) 10% высоты лопаток (у втулки)

Рис.1. Линии тока и скорости потока в ступени. б) 50% высоты лопаток

Рис.1. Линии тока и скорости потока в ступени. б) 90% высоты лопаток (у периферии)