Моделирование гидрогазодинамических процессов в каналах охлаждаемых лопаток ГТД с учетом априорной оценки размера ячейки расчетной сетки

Авиационная и ракетно-космическая техника

2024. Т. 31. № 1. С. 123-133.

Авторы

Осипов С. К.*, Брызгунов П. А.**, Рогалев Н. Д.***, Соколов В. П.****, Милюков И. А.*****

Национальный исследовательский университет «МЭИ», Красноказарменная ул., 14, Москва, 111250, Россия

*e-mail: OsipovSK@mpei.ru
**e-mail: BryzgunovPA@mpei.ru
***e-mail: RogalevND@mpei.ru
****e-mail: SokolovVPet@mpei.ru
*****e-mail: MiliukovIA@mpei.ru

Аннотация

Разработаны соотношения для априорной оценки размера ячейки расчетной сетки, обеспечивающего сеточную сходимость численного решения при моделировании гидрогазодинамических процессов в типовых каналах охлаждаемых лопаток газотурбинных двигателей (ГТД). Для рассмотренных типовых каналов с внезапным расширением, внезапным сужением и диффузорных каналов были проведены исследования на сеточную сходимость решения с погрешностью не более 10%, по сравнению с литературными данными на основе которых сформированы корреляции для оценки оптимальной безразмерной высоты ячейки при известном числе Рейнольдса. Полученные соотношения могут быть использованы при построении сетки на участках сложных каналов со сходственной геометрией.

Ключевые слова:

моделирование гидрогазодинамических процессов в охлаждающих каналах лопаток ГТД, опережающая верификация гидравлических моделей каналов, типовые каналы охлаждаемых лопаток турбин ГТД, реверс-инжиниринг охлаждаемых лопаток турбин ГТД

Библиографический список

  1. Осипов С.К., Шевченко И.В., Рогалев Н.Д., Вегера А.Н, Брызгунов П.А. Разработка и исследование конструкций охлаждаемых лопаток газовых турбин с использованием метода реверс-инжиниринга // Вестник Московского авиационного института. 2023. Т. 30. № 2. С. 122–130. DOI: 10.34759/vst-2023-2-122-130
  2. Шевченко М.И. Опережающая верификация теплогидравлических моделей при проектировании охлаждаемых лопаток газовых турбин // Технические науки – от теории к практике. 2016.  № 4(52). С. 28–36.
  3. Шевченко И.В., Рогалев А.Н., Рогалев Н.Д., Комаров И.И., Брызгунов П.А. Экспериментальное исследование теплообмена в щелевых каналах охлаждаемых лопаток газотурбинных двигателей с модифицированными штырьковыми интенсификаторами теплоотдачи // Вестник Московского авиационного института. 2023. Т. 30. № 3. С. 92–100.
  4. Ле Т.З., Нестеренко В.Г. Особенности проектирования охлаждаемых лопаток высокотемпературных турбин высокого давления с бандажной полкой // Международный научно-исследовательский журнал. 2018. № 1(67). Часть 1. С. 84–89. DOI: 10.23670/IRJ.2018.67.087
  5. Борисов Д.С., Андреев К.Д. Эффективность различных типов охлаждения лопаток высокотемпературных газовых турбин с различными видами охладителя // Международный журнал гуманитарных и естественных наук. 2021. № 4-1(55). С. 23-31. DOI: 10.24412/2500-1000-2021-4-1-23-31
  6. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям / Под ред. М.О. Штейнберга. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1992. – 672 с.
  7. Wilcox D.C. Formulation of the k-w Turbulence Model Revisited // AIAA Journal. 2008. Vol. 46. No. 11, pp. 2823–2838. DOI: 10.2514/1.36541
  8. Menter F.R. Two-Equation Eddy-Viscosity Turbulence Models for Engineering Applications // AIAA Journal. 1994. Vol. 32. No. 8, pp. 1598–1605. DOI: 10.2514/3.12149
  9. Popov G., Matveev V., Baturin O. et al. Selection of Parameters for Blade-to-blade Finite-volume Mesh for CFD Simulation of Axial Turbines // 2nd International Conference on Mechanical, System and Control Engineering (ICMSC 2018). Vol. 220: 3003. DOI: 10.1051/matecconf/201822003003
  10. Lu Z., Piro M.H.A., Christon M.A. Mesh and Turbulence Model Sensitivity Analyses of Computational Fluid Dynamic Simulations of a 37M CANDU Fuel Bundle // Nuclear Engineering and Technology. 2022. Vol. 54. No. 11, pp. 4296–4309. DOI: 10.1016/j.net.2022.06.004
  11. Osipov S, Shcherbatov I., Vegera A. et al. Computer Flow Simulation and Verification for Turbine Blade Channel Formed by the C-90-22 A Profile // Inventions. 2022.Vol. 7. No. 3: 68. DOI:10.3390/inventions7030068
  12. Sadrehaghighi I. Mesh Sensitivity & Mesh Independence Study. CFD Open Series, Annapolis, MD., 2021, 55 p. DOI: 10.13140/RG.2.2.34847.51365/2
  13. Bianchini A., Balduzzi F., Ferrara G., Ferrari L. Dimensionless Numbers for the Assessment of Mesh and Timestep Requirements in CFD Simulations of Darrieus Wind Turbines // Energy. 2016. Vol. 97, pp. 246–261. DOI: 10.1016/j.energy.2015.12.111
  14. Ben-Mansour R., Al-Hadhrami L. Effect of Reynolds Number and Property Variation on Fluid Flow and Heat Transfer in the Entrance Region of a Turbine Blade Internal-Cooling Channel // International Journal of Rotating Machinery. 2005. Vol. 1, pp. 36-44. DOI: 10.1155/IJRM.2005.36
  15.  Jin W., Jia Y.X., Lei J. et al. Coupled heat transfer analysis of internal and film cooling of turbine blade under medium temperature conditions // Applied Thermal Engineering. 2022. Vol. 214. No. 6:118792.  DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2022.118792 
  16. Patil P.S., Borse S. L. Recent Studies in Internal Cooling of gas turbine blade: a Review // International Journal of Applied Engineering Research. 2018. Vol. 13. No. 9, pp. 7131-7141. 
  17. Komarov I., Osipov S., Vegera A. et al. Verification of Computer Flow Simulation in Confuser and Diffuser Channels // In: Akhmetova I., A., Zunino P. (eds) Proceedings of the International Symposium on Sustainable Energy and Power Engineering. SUSE 2021. Lecture Notes in Mechanical Engineering. Springer, Singapore, pp. 343–352. DOI: 10.1007/978-981-16-9376-2_33 
  18. Nagib H.M., Chauhan K.A., Monkewitz P.A. Approach to an Asymptotic State for Zero Pressure Gradient Turbulent Boundary Layers // Philosophical Transactions of The Royal Society A Mathematical Physical and Engineering Sciences. 2007.Vol. 365. No. 1852, pp. 755-770. DOI: 10.1098/rsta.2006.1948
  19. Bryzgunov P., Osipov S., Komarov I. et al. Research and Development of Criterial Correlations for the Optimal Grid Element Size Used for RANS Flow Simulation in Single and Compound Channels // Inventions. 2022. Vol. 8. No. 1: 4. DOI: 10.3390/inventions8010004
  20. Kline S.J., Reynolds W.C., Schraub F.A., Runstadler P.W. The Structure of Turbulent Boundary Layers // Journal of Fluid Mechanics. 1967. Vol. 30. No. 4, pp. 741–773. DOI: 10.1017/S0022112067001740 
  21. Rodgers J.L., Nicewander W.A. Thirteen Ways to Look at the Correlation Coefficient // The American Statistician. 1988. Vol. 42. No. 1, pp. 59–66. DOI: 10.1080/00031305.1988.10475524

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 1994-2024