Результаты моделирования газодинамических характеристик малорасходной и среднерасходной модельных ступеней для промышленного центробежного компрессора

Приведены результаты CFD-расчетов двух модельных ступеней с радиальными рабочими колесами. Полученные данные сопоставлены с экспериментальными характеристиками, полученными в Проблемной лаборатории ЛПИ. Центробежная компрессорная ступень РРК 0028-056-0373 рассчитана при трех условных числах Маха с учетом и без учета зазоров в лабиринтных уплотнениях. В программе NUMECA проведены расчеты характеристик ступени для сектора с одной лопаткой, в программе ANSYS CFX — для полной модели в 360 . CFD-расчеты во всех случаях дают неприемлемо большое завышение коэффициента теоретического напора относительно экспериментальных данных. Установлено, что по сравнению с измеренными значениями расчетные коэффициенты полезного действия ступени смещены в сторону больших расходов. Ступень РРК 0048-048-029 рассчитана при одном числе Маха без учета зазоров в лабиринтных уплотнениях и для полной модели. Исследовано влияние полуэмпирических параметров и коэффициентов, входящих в состав модели турбулентности SST, реализованной в программе ANSYS CFX. Проведенные расчеты показали, что их выбор для решения такого класса задач мало сказывается на получаемых результатах, поэтому повлиять на коэффициент теоретического напора не удалось.

Литература

[1] Гузельбаев Я.З., Хисамиев И.Г. Технологические процессы с центробежными компрессорами. Казань, Изд-во «ФЭН», 2014. 592 с.

[2] Guidotti E. Towards Centrifugal Compressor Stages Virtual Testing. Thesis Ph. D. Università degli Studi di Bologna, 2014. 100 p.

[3] Kowalski S.C., Pacheco J.E., Fakhri S., Sorokes J.M. Centrifugal stage performance prediction and validation for high mach number applications. Proceedings of the Forty-First Turbomachinery Symposium, 24–27 September, 2012, Houston, Texas.

[4] Боровков А.И., Воинов И.Б., Галеркин Ю.Б., Никифоров А.Г., Никитин М.А. Моделирование газодинамических характеристик на примере модельной ступени центробежного компрессора. Научно-технические ведомости СПбПУ. Естественные и инженерные науки, 2018, т. 24, № 2, с. 44–57, doi: 10.18721/JEST.24.2018.4

[5] Borovkov А.I., Voynov I.B., Galerkin Y.B., Rekstin А.F., Drozdov A.A. Supersonic centrifugal compressor flow part optimization experience. AIP Conference Proceedings, 2018, vol. 2007, art. no. 030051, doi: https://doi.org/10.1063/1.5051912

[6] Гамбургер Д.М. Численные методы течения вязкого газа в центробежных компрессорных ступенях: методы и результаты. Дис. … канд. техн. наук. Санкт-Петербург, СПбГПУ, 2009. 190 с.

[7] Kabalyk K., Kryłłowicz W. Numerical modeling of the performance of a centrifugal compressor impeller with low inlet flow coefficient. Transactions of the institute of fluid-flow machinery, 2016, vol. 131, pp. 41–53.

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

[9] Васильев Ю.С., Галеркин Ю.Б., Солдатова К.В. Оптимизация проточной части турбомашин (на примере центробежных компрессоров). Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики, 2011, № 9–10, с. 105–117.

[10] Galerkin Y., Rekstin A., Soldatova K., Drozdov A. Universal modeling method: the instrument for centrifugal compressor gas dynamic design. ASME Gas Turbine India Conference, 2015, doi: 10.1115/GTINDIA2015-1202

[11] Рис В.Ф. Центробежные компрессорные машины. Ленинград, Машиностроение, 1981. 351 с.

[12] Галеркин Ю.Б., Рекстин А.Ф., Солдатова К.В., Дроздов А.А. Анализ напорной характеристики центробежных компрессорных рабочих колес. Журнал СФУ. Техника и технология, 2017, № 10(8), с. 1042–1061.

[13] Galerkin Y., Soldatova K., Solovieva O. Numerical study of centrifugal compressor stage vaneless diffusers. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 2015, vol. 90, iss. 1, art. no. 012048, doi: 10.1088/1757-899X/90/1/012048

[14] Galerkin Y., Marenina L., Soldatova K. CFD wind tunnel tests of Centrifugal stage return channel vane cascades. ASME Gas Turbine India Conference, 2015, doi: 10.1115/GTINDIA2015-1216

[15] Пользовательская документация к ANSYS. Release 17.2 © SAS IP, Inc.