Математичні моделі для розрахунків та проектування проточних частин енергетичних установок

Анотація:

Представлено алгоритм проектування проточних частин осьового та радіально-осьового типів. Алгоритм засновано на використанні математичних моделей різних рівней складності – від одновимірних до тривимірних.
Моделювання просторових в’язких течій виконується на основі чисельного інтегрування осередненої за Рейнольдсом нестаціонарної системи рівнянь Нав’є–Стокса. Для врахування турбулентних ефектів використовується двопараметрична диференціальна модель турбулентності SST Ментера. Вихідні рівняння інтегруються за допомогою неявної квазімонотонної ENO-схеми підвищеної точності. Для врахування термодинамічних властивостей робочих тіл застосовуються рівняння стану досконалого газу, Тамана та Ван-дер-Ваальса. Реальні термодинамічні властивості робочих тіл, у тому числі води та водяної пари, описуються за допомогою інтерполяційно-аналітичного методу апроксимації модифікованих рівнянь Беннедикта–Вебба–Рубина з 32 членами та рівнянь формуляції IAPWS-95. Модель тривимірної турбулентної течії реалізовано у програмному комплексі IPMFlow, який є розвитком програм FlowER та FlowER-U.
Опис геометрії проточних частин осьового та радіально-осьового типів виконується за допомогою методів параметризації та аналітичного профілювання, вихідними даними для яких слугує обмежена кількість параметризованих величин. У ролі параметризованих вибираються величини або загальновизнані у турбінобудуванні, або ті, що мають просту геометричну інтерпретацію. Методики різняться для лопаток радіально-осьового та осьового типів.
Наведено приклади розроблених або модифікованих за допомогою запропонованого алгоритму проточних частин різного призначення: турбодетандер, турбіна на низькокиплячому робочому тілі, теплофікаційна турбіна середнього тиску.