Методика расчета сверхзвуковых центробежных рабочих колес и рекомендации по их проектированию численными методами

Центробежные компрессоры находят широкое применение в металлургической, химической, нефтегазовой, авиационной и других областях промышленности. Моральное устаревание части действующих центробежных компрессоров и объявленная президентом и правительством РФ программа импортозамещения и развития авиационной промышленности делают актуальной задачу совершенствования способов и методик проектирования центробежных компрессоров. Для их проектирования численными методами необходимо корректно настроить граничные условия решателя и иметь сеточную модель, удовлетворяющую его требованиям. Дан обзор аналогичных работ с анализом приведенных в них результатах. Для исследования выбран объект, для которого есть все необходимые данные в открытых источниках. Построены его цифровая и сеточная модели, проведена серия расчетов на различных сеточных моделях, проанализированы полученные результатов. Выполнена валидация численного метода, определены погрешности численного метода путем сравнения с экспериментальными данными.
EDN: TGXMON, https://elibrary/tgxmon

Литература

[1] He X., Zheng X. Mechanisms of sweep on the performance of transonic centrifugal compressor impellers. Appl. Sci., 2017, vol. 7, no. 10, art. 1081, doi: https://doi.org/10.3390/app7101081

[2] Li Z., Wu Y., Lu X. Performance improvement of a highly loaded transonic centrifugal compressor with tandem impeller and freeform blade configuration. Energies, 2022, vol. 15, no. 24, art. 9283, doi: https://doi.org/10.3390/en15249283

[3] Amarel N., Daneshkhah K., Krain H. et al. Optimization of 6.2:1 pressure ratio centrifugal compressor impeller by 3D inverse design. ASME Turbo Expo, 2011, vol. 7, paper GT2011-46505, pp. 2167–2177, doi: https://doi.org/10.1115/GT2011-46505

[4] AC 6-08 description. kbwiki.ercoftac.org: веб-сайт. URL: https://www.kbwiki.ercoftac.org/w/index.php/AC_6-08_Description (дата обращения: 14.03.2024).

[5] Eisenlohr G., Dalbert P., Krain H. et al. Analysis of the transonic flow at the inlet of a high pressure ratio centrifugal impeller. ASME International Gas Turbine and Aeroengine Congress and Exhibition, 1998, vol. 1, paper 98-GT-024, V001T01A007, doi: https://doi.org/10.1115/98-GT-024

[6] Eisenlohr G., Krain H., Richter F.A. et al. Investigations of the flow through a high pressure ratio centrifugal impeller. ASME Turbo Expo, 2002, vol. 5, paper GT2002-30394, pp. 649–657, doi: https://doi.org/10.1115/GT2002-30394

[7] Эккерт Б. Осевые и центробежные компрессоры. Москва, Машгиз, 1959. 680 с.

[8] Rodgers C. Typical performance characteristics of gas turbine radial compressors. J. Eng. Power., 1964, vol. 86, no. 2, pp. 161–170, doi: https://doi.org/10.1115/1.3677568

[9] Холщевников К.В., Емин О.Н., Митрохин В.Т. Теория и расчет авиационных лопаточных машин. Москва, Машиностроение, 1986. 432 с.

[10] Elfert M., Weber A., Wittrock D. et al. Experimental and numerical verification of an optimization of a fast rotating high performance radial compressor impeller. J. Turbomach., 2017, vol. 139, no. 10, art. 101007, doi: https://doi.org/10.1115/1.4036357

[11] Рис В.Ф. Центробежные компрессорные машины. Москва, Ленинград, Машиностроение, 1964. 334 с.

[12] Lohmberg A., Casey M.V., Ammann S. Transonic radial compressor inlet design. Proc. Inst. Mech. Eng. A, 2003, vol. 217, no. 4, pp. 367–374, doi: https://doi.org/10.1243/095765003322315423

[13] Rusch D., Casey M.V. The design space boundaries for high flow capacity centrifugal compressors. J. Turbomach., 2013, vol. 135, no. 3, art. 031035, doi: https://doi.org/10.1115/1.4007548

[14] How to manage uncertainty in CFD: the grid convergence index. cfd.university: веб-сайт. URL: https://cfd.university/blog/how-to-manage-uncertainty-in-cfd-the-grid-convergence-index (дата обращения: 25.08.2024).

[15] Matas R., Syka T., Lunacek O. Numerical and experimental modelling of the centrifugal compressor stage – setting the model of impellers with 2D blades. EPJ Web Conf., 2017, vol. 143, art. 02073, doi: https://doi.org/10.1051/epjconf/201714302073