Сравнение двух- и трехмерной модели турбулентного течения в конической каверне газотурбинного двигателя

Авторы

  • К.Н. Волков

Ключевые слова:

коническая каверна
газовая турбина
турбулентность
сжимаемость
вращение

Аннотация

Рассматриваются вопросы, связанные с моделированием турбулентного течения вязкого сжимаемого газа в конической каверне турбины высокого давления. Для расчетов используются осредненные по Рейнольдсу уравнения Навье-Стокса, замкнутые при помощи модели турбулентности Спалларта-Аллмареса. Проводится сравнение результатов численного моделирования, полученных в рамках двумерной (осесимметричная модель) и трехмерной (модель в виде сектора с периодическими граничными условиями в окружном направлении) постановке задачи. Учитывается наличие мелких деталей (типа болтов и фланцев) в расчетной модели и их влияние на поле течения. Сравнивается структура течения (распределения характеристик потока, положение и количество рециркуляционных зон, направление течения) в каверне, полученная в рамках различных моделей.

Новые вычислительные технологии

Загрузки

Опубликован

2010-12-27

Выпуск

Том 12 (2011): Выпуск 1.

Раздел

Раздел 1. Вычислительные методы и приложения

Автор

К.Н. Волков

Балтийский государственный технический университет «Военмех» имени Д.Ф. Устинова,
физико-механический факультет
1-я Красноармейская ул., 1, 190005, Санкт-Петербург
• доцент

Библиографические ссылки

  1. Owen J.M., Rogers R.H. Flow and heat transfer in rotating disc systems. Vol. 1. Rotor-stator systems. Taunton: Research Studies Press, 1989.
  2. Owen J.M., Rogers R.H. Flow and heat transfer in rotating-disc systems. Vol. 2. Rotating cavities. Taunton: Research Studies Press, 1995.
  3. Волков К.Н., Емельянов В.Н. Течения и теплообмен в каналах и вращающихся полостях. Москва: Физматлит, 2010.
  4. Yamada Y., Ito M. Frictional resistance of enclosed rotating cones with superposed throughflow // J. of Fluids Engineering. 1979. 101. 259-264.
  5. May N.E., Chew J.W., James P.W. Calculation of turbulent flow for an enclosed rotating cone // J. of Turbomachinery. 1994. 116, N 3. 548-554.
  6. Long C.A., Turner A.B., Kais G., Tham K.M., Verdicchio J.A. Measurement and CFD prediction of the flow within an HP compressor drive cone // J. of Turbomachinery. 2003. 125, N 1. 165-172.
  7. Gan X., Mirzaee I., Owen J.M., Rees D.A. S., Wilson M. Flow in a rotating cavity with a peripheral inlet and outlet of cooling air // ASME Paper. 1996. Paper N 96-GT-309.
  8. Mirzaee I., Gan X., Wilson M., Owen J.M. Heat transfer in a rotating cavity with a peripheral inflow and outflow of cooling air // J. of Turbomachinery. 1998. 120, N 4. 818-823.
  9. Jaafar A.A., Motallebi F., Wilson M., Owen J.M. Flow and heat transfer in a rotating cavity with a stationary stepped casing // ASME Paper. 2000. Paper N 2000-GT-281.
  10. Tham K.M., Long C.A., Turner A.B., Dixon J.A. Computation of the flow in a HP compressor drive cone cavity // Proc. of the Int. Gas Turbine Congress, 2-7 November 2003, Tokyo, Japan. 2003. Paper N TS-024.
  11. Incropera F.P., de Witt D.P. Fundamentals of heat and mass transfer. New York: John Wiley &; Sons, 1996.
  12. Kilfoil A.S. R., Chew J.W. Modelling of buoyancy-affected flow in co-rotating disc cavities // ASME Paper. 2009. Paper N GT2009-59214.
  13. Long C.A., Tucker P.G. Numerical computation of laminar flow in a heated rotating cavity with an axial throughflow of air // Int. J. of Numerical Methods for Heat and Fluid Flow. 1994. 4, N 4. 347-365.
  14. Sun Z., Kilfoil A., Chew J.W., Hills N.J. Numerical simulation of natural convection in stationary and rotating cavities // ASME Paper. 2004. Paper N GT2004-53528.
  15. Spalart P.R., Allmaras S.R. A one equation turbulence model for aerodynamic flows // AIAA Paper. 1992. Paper N 92-0439.
  16. Deck S., Duveau P., d’Espiney P., Guillen P. Development and application of Spalart-Allmaras one-equation turbulence model to three-dimensional supersonic complex configurations // Aerospace Science and Technology. 2002. 6, N 3. 171-183.
  17. Dacles-Mariani J., Zilliac G.G., Chow J.S., Bradshaw P. Numerical/experimental study of a wingtip vortex in the near field // AIAA Journal. 1995. 33, N 9. 1561-1568.
  18. Волков К.Н. Дискретизация уравнений Навье-Стокса на неструктурированной сетке при помощи метода контрольного объема и разностных схем повышенной разрешающей способности // Журн. вычисл. матем. и матем. физики. 2008. 48, N 7. 1250-1273.
  19. Волков К.Н. Применение метода контрольного объема для решения задач механики жидкости и газа на неструктурированных сетках // Вычислительные методы и программирование. 2005. 6, N 1. 43-60.
  20. Волков К.Н. Блочное предобусловливание уравнений Эйлера и Навье-Стокса при моделировании низкоскоростных течений на неструктурированных сетках // Журн. вычисл. матем. и матем. физики. 2009. 49, N 10. 1868-1884.