Численное моделирование пульсаций давления в турбодетандере перспективной системы криостатирования

Д. В. Клименко, С. Ф. Тимушев, В. П. Фирсов, И. В. Антюхов

Аннотация


В работе проведено численное моделирование нестационарных газодинамических процессов в проточной части турбодетандера - радиальной турбины, применяемой в системе криостатирования. Геометрия расчётной области разработана с тем, чтобы учесть основные особенности течения рабочего тела в проточной полости, включая геометрию четырнадцати рабочих лопаток и восьми лопаток соплового аппарата. Расчётная область разбита на три подобласти: корпус соплового аппарата, область ротора, выхлопная часть. Задача решается с применением так называемых скользящих поверхностей, которые служат для передачи данных из зоны ротора, где расчёт ведётся во вращающейся системе координат, в зону статора, с учётом углового смещения подобластей и межсеточной интерполяции. Шаг расчёта по времени выбирается из условия обеспечения углового смещения за один шаг в пределах одной ячейки расчётной сетки. В результате расчётов были получены мгновенные поля скоростей, распределения давления, температуры и числа Маха. Для определения пульсаций  давления выбраны точки в зоне косого среза лопаток  соплового аппарата. Проведён спектральный анализ полученных данных, который показал, что тональная компонента с частотой следования рабочих лопаток доминирует в спектрах пульсаций давления, а ее амплитуда составляет свыше 7000 Па. Расчёт нагрузки на лопатку соплового аппарата дает амплитуды силы 2 Н и амплитуду момента 0.03 Н м.

Ключ. слова


криорефрижератор; турбодетандер; скользящая поверхность; численное моделирование; спектры пульсаций давления; частота следования лопаток

Полный текст:

PDF

Список литературы

Техника низких температур [под ред. Е.И. Микулина И.В. Марфениной, А.М. Архарова] , М.: Энергия, 1975.

Епифанова В.И. Низкотемпературные ради-альные турбодетандеры. М.: Машиностроение, 1974.

Fredrik Hellström Numerical computations of the unsteady flow in a radial turbineMarch 2008 Tech-nical Reports from Royal Institute of Technology KTH Mechanics SE-100 44 Stockholm, Sweden.

Software package for gas and fluid flow simula-tion FlowVision. Version 2.5.0. Manual CAPVIDIA, 1999-2007 Leuven, Belgium.

Wilcox, D. C., (1994) “Turbulence modeling for CFD” // DCW Industries, Inc. 460 p.

Ссылки

  • Ссылки не определены.


© 2014-2018 Самарский университет.
Свидетельство о регистрации СМИ, 12+