Валидация CFD-моделей неохлаждаемых турбин газотурбинных двигателей

Произведена проверка соответствия параметров, полученных с помощью методов вычислительной газовой динамики, значениям, используемым на ОАО «Кузнецов» в математической модели ГТУ НК–36СТ. Предметом исследования являются турбина низкого давления и свободная турбина стационарной газотурбинной установки. В процессе исследований созданы три расчётные модели каждой из турбин с различным количеством конечных элементов расчётных сеток, которые не учитывают наличие притрактовых полостей. Модели первого уровня содержали примерно 450 000 элементов, модели второго уровня – примерно 1 000 000 элементов, модели третьего уровня – примерно 2 000 000 элементов. Также создана модель, включающая притрактовую полость. В качестве граничных условий на входе в турбины заданы эпюры распределения по высоте проточной части полного давления, полной температуры, угла потока и турбулентной вязкости, полученные из предварительных CFD расчётов. Расчёт был произведён в программном пакете Numeca, его результатом стало получение основных параметров потока в турбинах. На их основе были построены зависимости пропускной способности турбины А, КПД турбины, степени понижения давления турбины, угла потока в абсолютном движении на выходе из турбины от параметра n/C*эф. Исследовано влияние размерности расчётной сетки на результаты моделирования характеристик турбин. Исследовано влияние учёта притрактовых полостей при моделировании на расчётные характеристики турбин. Выработаны рекомендации по построению расчётных моделей неохлаждаемых осевых турбин газотурбинных двигателей, обоснована возможность проведения оптимизационных и предварительных расчётов с использованием моделей, не учитывающих притрактовые полости.