Исследование способов испытания лопаточных диффузоров центробежных компрессорных ступеней в виртуальной аэродинамической трубе

Математическая модель лопаточного диффузора центробежной компрессорной ступени может быть построена по результатам массовых CFD-расчетов подобно тому, как это сделано для безлопаточных диффузоров. Методики расчета кольцевой и прямой решеток различаются наличием диффузорных безлопаточных участков перед решеткой и за ней. Определены рациональные размеры этих участков. Показана нерациональность определения характеристик плоских решеток без ограничивающих стенок. Расчет эффективен для сектора с одним межлопаточным каналом при умеренном количестве ячеек и модели турбулентности k–ε. Осреднение параметров потока на выходе их лопаточной решетки ведет к неоднозначным результатам. Для расчета характеристик лопаточной решетки целесообразно использовать параметры в сечении с диаметром, равным 1,85 диаметра выхода из решетки. В отечественной и зарубежной литературе принято подчеркивать эффективность применения CFD-методов, заменяющих физические эксперименты. Расчеты ступеней компрессоров называют испытанием на виртуальном стенде, а лопаточных решеток — испытанием в виртуальной аэродинамической трубе. Для изучения стационарного обтекания решетки в качестве виртуальной трубы достаточно рассмотреть решетку, предшествующий и последующий диффузорные безлопаточные участки.

Литература

[1] Селезнев К.П., Галеркин Ю.Б. Центробежные компрессоры. Ленинград, Машиностроение, 1982. 271 с.

[2] Хисамеев И.Г., Максимов В.А., Баткис Г.С., Гузельбаев Я.З. Проектирование и эксплуатация промышленных центробежных компрессоров. Казань, Изд-во «ФЭН», 2012. 671 с.

[3] Лунев А.Т. Структура метода проектирования и испытания проточной части нагнетателей для перекачивания природного газа. Компрессорная техника и пневматика, 2001, № 10, с. 4–7.

[4] Лунев А.Т. Разработка высокоэффективных сменных проточных частей центробежных компрессоров газоперекачивающих агрегатов. Дис. … канд. техн. наук, Казань, 2005. 123 с.

[5] Japikse D., Krivitzky E.M. Radial stages with non-uniform pressures at diffuser inlet. Proceedings of the ASME Turbo Expo, Seoul, South Korea, 13–17 June 2016, vol. 2D-2016, paper no. GT2016-57956, pp. V02DT42A034, doi: 10.1115/GT2016-57956

[6] Japikse D. Turbomachinery design with an agile engineering system. JSME fluid engineering conference, Osaka, 19–20 September, 2003, pp. 19–20.

[7] Галеркин Ю.Б. Турбокомпрессоры. Cанкт-Петербург, Изд-во КХТ, 2010. 650 с.

[8] Galerkin Y., Soldatova K., Drozdov A. Modern state of the universal modeling for centrifugal compressors. International Journal of Industrial and Manufacturing Engineering, 2015, vol. 9, no. 1, pp. 150–156.

[9] Солдатова К.В. Создание новой математической модели проточной части центробежных компрессоров и базы данных модельных ступеней. Дис. … д-ра техн. наук. Санкт-Петербург, 2017. 357 с.

[10] Soldatova К. The application of mathematical models for industrial centrifugal compressor optimal design. ICCMS 2018: 10th International Conference on Computer Modeling and Simulation, 2018, Australia, Sуdney, paper ID 008.

[11] Галеркин Ю.Б., Соловьева О.А. Совершенствование методов расчета безлопаточных диффузоров центробежных компрессорных ступеней на основе вычислительных экспериментов. Ч. 1. Компрессорная техника и пневматика, 2014, № 3, с. 35–41.

[12] Галеркин Ю.Б., Соловьева О.А. Совершенствование методов расчета безлопаточных диффузоров центробежных компрессорных ступеней на основе вычислительных экспериментов. Ч. 2. Компрессорная техника и пневматика, 2014, № 4, с. 15–21.

[13] Rekstin A.F., Drozdov A.A., Solovyeva O.A., Galerkin Y.B. Two mathematical models centrifugal compressor stage vaneless diffuser comparison. AIP Conference Proceedings, 2007, vol. 2007, iss. 1, doi: https://doi.org/10.1063/1.5051896

[14] Galerkin Y., Solovieva O. Flow behavior and performances of centrifugal compressor stage vaneless diffusers. International Journal of Industrial and Manufacturing Engineering, 2015, vol. 9, no. 01, pp. 129–133.

[15] Подобуев Ю.С., Селезнев К.П. Теория и расчет осевых и центробежных компрессоров. Москва, Ленинград, Машгиз, 1957. 390 с.

[16] Комаров А.П. Исследование плоских компрессорных решеток. Лопаточные машины и струйные аппараты. Сб. ст., 1967, вып. 2. Москва, Машиностроение, с. 67–110.

[17] Harley P., Spence S., Filsinger D., Dietrich M., Early J. Meanline modeling of inlet recirculation in automotive turbocharger centrifugal compressors. Journal of Turbomachinery, 2014, vol. 137, 011007-1, doi: 10.1115/1.4028247

[18] Harley P., Spence S., Filsinger D., Dietrich M., Early J. Experimental and numerical benchmarking of an improved meanline modelling method for automotive turbocharger centrifugal compressors. Proceedings of ASME Turbo Expo 2015, Turbine Technical Conference and Exposition GT2015, 15–19 June, 2015, Montréal, Canada, doi: https://doi.org/ 10.1115/GT2015-42175

[19] Elfert M., Weber A., Wittrock D., Peters A., Voss C., Nicke E. Experimental and numerical verification of an optimization of a fast rotating high performance radial compressor impeller. Proceedings of ASME Turbo Expo 2016, Turbomachinery Technical Conference and Exposition GT2016, 13–17 June 2016, Seoul, South Korea, GT2016-56546, doi: 10.1115/GT2016-56546

[20] Xinqian Z., Meijie Z. Criteria for the Matching of Inlet and Outlet Distortions in Centrifugal Compressors. Applied Thermal Engineering, 2018, vol. 131, pp. 933–946, doi: 10.1016/j.applthermaleng.2017.11.140

[21] Marechale R., Ji M., Cave M. Experimental and numerical investigation of labyrinth seal clearance impact on centrifugal impeller performances. Proceedings of the ASME Turbo Expo, 2015, vol. 2C, doi: 10.1115/GT2015-43778

[22] Meduri U.K., Selvam K., Nawrocki G. CFD analysis of centrifugal compressor stage range extension using internal flow recirculation. Proceedings of the ASME Turbo Expo, 2015, vol. 2C, doi: 10.1115/GT2015-42592

[23] Wilcox D.C. Turbulence Modeling for CFD. DCW Industries, Inc., La Canada CA, 2006. 522 p.