Распределение коэффициента эквивалентной диффузорности в компрессоре низкого давления газотурбинного двигателя ДГ90

Об авторе:

Аксенов Андрей Николаевич, кандидат физико-математических наук, начальник лаборатории, ПАО «Тюменские моторостроители»; 9123975423@mail.ru

Аннотация:

В приближении пространственно-временной периодичности приведены результаты численного интегрирования уравнений Навье — Стокса и k-ε-модели турбулентности по программе CFX в каждом лопаточном венце компрессора низкого давления (КНД) газотурбинного двигателя ДГ90 (UGT15000) производства УССР. Вблизи номинальной частоты вращения построены изодромы и вычислены адиабатные КПД каждой ступени и углы входа/выхода потока воздуха. На среднем радиусе определены коэффициенты затраченной работы и расхода воздуха. Установлено, что причина провала КПД последней ступени связана с низким значением проектной реактивности (≈0,5), приводящей к сильной закрутке потока при выходе и большим потерям в спрямляющем аппарате при развороте потока в осевом направлении. Для определения потенциала модернизации лопаточного аппарата выполнен расчет радиальных распределений коэффициента эквивалентной диффузорности. Показано, что наибольшие потери полного давления находятся в направляющих аппаратах 9-й, 8-й, 5-й ступени и в рабочих лопатках 9-й ступени. Относительно высокие потери также диагностируются в верхней половине пера направляющих лопаток 4-й, 3-й, 2-й ступени и нижней половине рабочих лопаток 1-й ступени. Выявленный потенциал увеличения эффективности КНД — до 2%, с сохранением исходной конструкции корпуса и барабана.

Список литературы:

Аксёнов А. Н. 2010. Моделирование неравновесных турбулентных течений в трансзвуковых осевых компрессорах: автореф. дис. ... канд. физ.-мат. наук. Тюмень: Тюмен. гос. ун-т. 20 с.

Аксёнов А. Н., Култышев А. Ю., Пульдас Л. А. 2022. Сравнительный анализ расчета термодинамических циклов приводных газотурбинных двигателей // Вестник Тюменского государственного университета. Физико-математическое моделирование. Нефть, газ, энергетика. Том 8. № 2 (30). С. 10–31. https://doi.org/10.21684/2411-7978-2022-8-2-10-31

Ахмедзянов Д. А., Козловская А. Б. 2009. Методика расчета и моделирование осевых компрессоров авиационных ГТД // Вестник Уфимского государственного авиационного технического университета. Том 13. № 1. С. 9–19.

Боцула А. Л., Рыбальченко С. В. 1999. Использование газотурбинных двигателей разработки НПП «Машпроект» в газотранспортных сетях и в качестве приводов технологического оборудования // Известия Академии инженерных наук Украины. № 1. С. 74–85.

Герасименко В. П., Шелковский М. Ю. 2013. Комплексное аэродинамическое совершенствование компрессоров ГТД // Вестник двигателестроения. № 2. С. 69–72.

Кампсти Н. 2000. Аэродинамика компрессоров. М.: Мир. 688 с.

Кожемяко П. Г., Милешин В. И., Фатеев В. А. 2021. Проектирование компрессора высокого давления ГТУ-32 на основе сквозного 3D-расчета вязкого течения в КВД // Авиационные двигатели. № 3 (12). С. 45–54.

Комиссаров Г. А., Микиртичан В. М., Хайт М. В. 1961. Методика газодинамического расчета осевого компрессора. Технический отчет. М.: ЦИАМ им. П. И. Баранова. 132 с.

Кривошеев И. А., Рожков К. Е., Симонов Н. Б. 2020. Оптимизация геометрии решеток профилей в ступенях компрессоров с использованием фактора диффузорности // Вестник Уфимского государственного авиационного технического университета. Том 24. № 3 (89). С. 69–82.

Михайлова А. Б., Ахмедзянов Д. А., Ахметов Ю. М., Михайлов А. Е. 2011. Расчет характеристики рабочего колеса в двухмерной постановке с использованием имитационного моделирования // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета им. академика С. П. Королёва (национального исследовательского университета). № 3–1 (27). С. 102–108.

Старцев А. Н. 2021. Аэродинамическое проектирование осевого компрессора // Авиационные двигатели. № 3 (12). С. 19–34. https://doi.org/10.54349/26586061_2021_3_19

Холщевников К. В. 1970. Теория и расчет авиационных лопаточных машин. М.: Машиностроение. 610 с.

Dixon S. L., Hall C. A. 2014. Fluid Mechanics and Thermodynamics of Turbomachinery. 7th ed. Elsevier. 537 p. https://doi.org/10.1016/C2011-0-05059-7

Falck N. 2008. Axial Flow Compressor Mean Line Design: Master thesis. Lund: Lund University. 102 p.

Koch C. C., Smith L. H. Jr. 1976. Loss sources and magnitudes in axial-flow compressors // Journal of Engineering for Power. Vol. 98. No. 3. Pp. 411–424. https://doi.org/10.1115/1.3446202

Kurzke J., Halliwell I. 2018. Propulsion and Power: An Exploration of Gas Turbine Performance Modeling. Springer. 755 p.

Launder B. E., Spalding D. B. 1974. The numerical computation of turbulent flows // Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering. Vol. 3. No. 2. Pp. 269–289. https://doi.org/10.1016/0045-7825(74)90029-2

Smith L. H. Jr. 2002. Axial compressor aerodesign evolution at general electric // Journal of Turbomachinery. Vol. 124. No. 3. Pp. 321–330. https://doi.org/10.1115/1.1486219

Swift W. J. 2003. Modelling of Losses in Multi-Stage Axial Compressors with Subsonic Conditions: Master thesis. Potchefstroom: Potchefstroom University for Christian Higher Education. 153 p.

Vieser W., Esch T., Menter F. 2003. Heat transfer predictions using advanced two-equation turbulence models with advanced wall treatment // Turbulence, Heat and Mass Transfer 4: Proceedings of the Fourth International Symposium on Turbulence, Heat and Mass Transfer (12–17 October 2003, Antalya, Turkey). Pp. 614–635.

Wright P. I., Miller D. C. 1991. An Improved Compressor Performance Prediction Model. Derby: Rolls-Royce.