Совершенствование методик проектирования современных газовых турбин

А. А. Иноземцев, В. Т. Хайрулин, А. С. Тихонов, Н. Ю. Самохвалов

Аннотация


В работе проведена оценка интегральных и локальных параметров турбин высокого и низкого давлений перспективного авиационного двигателя методом трёхмерного численного моделирования в пакете ANSYS CFX. Использовалась высокодетализированная модель турбин высокого и низкого давлений с присоединёнными полостями и переходным каналом, состоящая из 577 млн. конечных элементов. Численный анализ проводился в стационарной и нестационарной постановках с использованием BSL и SST моделей турбулентности. Полученные расчётные данные верифицированы по результатам испытаний данных турбин, расхождения расчёта и эксперимента как локально, так и интегрально незначительны (локальные отклонения не более 5%). Результаты численного анализа подтверждают высокий уровень коэффициента полезного действия турбин. По результатам верификации выполнена оптимизация существующей конструкции, позволившая увеличить расчётный КПД ТВД на 0.4%. Данная модель взята за основу ряда работ по повышению ключевых параметров как отдельных деталей турбины, так и узла в целом.


Ключ. слова


Турбина высокого давления; трёхмерное численное моделирование; аэродинамическая эффективность; расчётно-экспериментальный анализ

Полный текст:

PDF

Список литературы

1. Menter F.R. Influence of Freestream Values on k-ω Turbulence Model Predictions // AIAA Journal. 1992. V. 30, no. 6. P. 1657-1659.

2. Menter F.R. Zonal Two Equation k-ω Turbulence Models for Aerodynamic Flows // 24th Fluid Dynamics Conference. 1993.
Orlando, Florida.

3. Baldauf S., Schulz A., Wittig S. High-Resolution Measurements of Local Effectiveness From Discrete Hole Film Cooling // Journal of Turbomachinery. 2001. V. 123. P. 758-765.

4. Baldauf S., Scheurlen M., Schulz A., Wittig S. Correlation of Film Cooling Effectiveness from Thermographic Measurement at Engine Like Conditions // Proceedings of ASME Turbo Expo 2002: Heat Transfer,
Manufacturing Materials and Metallurgy. 2002. V. 3 A. P. 149-162.

5. Murari S., Sunnam S., Liu J.S. Steady State and Transient CFD Studies on Aerodynamic Performance Validation of a High Pressure Turbine // Proceedings of ASME Turbo Expo 2012: Turbine Technical Conference and Exposition. 2012. V. 8, parts A, B, and C. P. 2067-2077.

6. Тихонов А.С., Самохвалов Н.Ю., Сендюрев С.И., Бажин С.В. Аэродинамическое и тепловое проектирование трактовых поверхностей горячей части турбины современного газотурбинного двигателя // Вестник двигателестроения. 2012. № 2. C. 99-104.

7. Тихонов А.С., Самохвалов Н.Ю. Тепловое проектирование разрезных колец турбин методами численного моделирования в сопряженное постановке // Труды МАИ. 2012. № 52. C. 19.

8. Тихонов А.С., Самохвалов Н.Ю. Анализ использования профилированных отверстий перфорации для повышения
качества плёночного охлаждения спинки сопловых лопаток турбин // Вестник УГАТУ. 2012. T. 16, № 5(50). С. 20-27.

9. Сендюрев С.И., Тихонов А.С. Разработка и сравнительный анализ эффективности конструктивных решений по улучшению качества охлаждения сопловой лопатки турбины // Газотурбинные технологии. 2010. № 10. С. 12-17.

10. Иноземцев А.А., Сендюрев С.И. Исследование и проектирование систем охлаждения сопловых лопаток высоконагруженных газовых турбин // Тяжёлое машиностроение. 2010. № 9. С. 2-4.


DOI: http://dx.doi.org/10.18287/1998-6629-2014-0-5-1(47)-139-147

Ссылки

  • Ссылки не определены.


 

Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 International License.

 

ISSN: 2541-7533