9 / 17
Особенности проектирования детандер-генераторного агрегата…
ISSN 0236-3941. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение. 2017. № 5
113
Профиль рабочей лопатки по полу-
ченным кинематическим параметрам сту-
пени представлен на рис. 8.
Расчетное исследование с использо-
ванием метода конечных элементов
ANSYS WORKBENCH 16.
С недавнего
времени в практику проектирования лопа-
точных машин и других элементов ГТД
стали активно внедряться способы вычис-
лительной газовой динамики (CFD) в про-
граммах, использующих МКЭ, которые основаны на численном решении уравне-
ний Навье — Стокса — уравнений, описывающих движение газа с минимальными
допущениями. В настоящее время решение уравнений Навье — Стокса — это са-
мый совершенный метод расчета газодинамических процессов. Расчетные иссле-
дования, проведенные CFD-методами, позволяют получать результаты, близкие к
экспериментальным, и по этой причине способны заменить большую часть доро-
гих натурных экспериментов. Применение методов вычислительной газовой ди-
намики позволяет на этапе первоначального проектирования выявить действи-
тельную картину течения, определить необходимые изменения элементов проточ-
ной части, ведущие к устранению обнаруженных недостатков, а также открывает
возможности для поиска новых прогрессивных решений.
Целью исследования было проверить геометрию, созданную в процессе про-
филирования, и сравнить полученные результаты с теоретическим расчетом.
Процесс исследования модели потока в ступени турбодетандера можно
разделить на четыре этапа.
1. Построение расчетной модели.
2. Задание граничных условий.
3. Расчет.
4. Анализ полученных результатов.
На первом этапе создается геометрия расчетной области турбины и разби-
вается на дискретные составляющие с помощью сетки конечных элементов в
TurboGrid. На рис. 9, 10 приведена расчетная область СА и РК с построенной
сеткой конечных элементов в количестве 250 тыс. на один домен.
Следующий этап — перенос расчетных областей турбодетандера в про-
граммный комплекс ANSYS CFX и задание граничных условий в CFX-Pre.
По результатам расчета в данном приложении задается частота вращения РК
n
= 40 тыс. об/мин, полное давление на входе
p
1
= 4,9 МПа, начальная температура
Т
1
= 340 K и статическое давление на выходе
p
2
= 1,46 МПа, а также задается рабо-
чее тело, которым является метан, как идеальный газ. Модель турбулентности —
k
–
. На рис. 11 приведена картина задания граничных условий.
На следующем этапе выполняется расчет модели с заданными граничными
условиями в CFX-Solver. Здесь не предпринимается никаких действий, расчет
проводится в автоматическом порядке.
Рис. 8.
Профиль рабочей лопатки