книги / Численное моделирование колебательных 2FSI-процессов в компрессорах газоперекачивающих агрегатов

Окончание табл. 2.4

Рис. 2.8. ГУ на входе, выходе и стенках при учете газодинамики РУ

Таблица 2.5

ГУ на входе, выходе и стенках при учете газодинамики РУ

53

Окончание табл. 2.6

ГУ на входе, выходе и стенках трехмерных областей 2FSI-системы при моделировании одной ступени компрессора с совместным учетом газодинамики РК, ЛУ, РУ представлены на рис. 2.10 и в табл. 2.7.

Рис. 2.10. ГУ на входе, выходе и стенках при учете газодинамики РУ

55

Таблица 2.7

ГУ на входе, выходе и стенках при совместном учете газодинамики РК, ЛУ, РУ

ГУ на контактных поверхностях взаимодействия областей «газ – газ», «газ – конструкция» и «конструкция – конструкция» 2FSI-системы при моделировании одной ступени компрессора с совместным учетом газодинамики РК, ЛУ, РУ представлены на рис. 2.11 и в табл. 2.8.

Рис. 2.11. ГУ на контактных поверхностях взаимодействия областей «газ – газ», «газ – конструкция» и «конструкция – конструкция» при совместном учете газодинамики РК, ЛУ, РУ

56

Таблица 2.8

ГУ на контактных поверхностях взаимодействия областей «газ – газ», «газ – конструкция» и «конструкция – конструкция» при совместном учете газодинамики РК, ЛУ, РУ

57

Окончание табл. 2.8

2.3. РАЗРАБОТКА СЕТОЧНЫХ КОНЕЧНО-ЭЛЕМЕНТНЫХ МОДЕЛЕЙ ДЛЯ ГАЗОДИНАМИЧЕСКИХ И ТВЕРДОТЕЛЬНЫХ ОБЛАСТЕЙ РОТОРА ГПА

Для всех 11 элементов конструкции ротора и газодинамических полостей при учете одной ступени компрессора (см. рис. 2.1) построены отдельные сеточные модели. В табл. 2.9 приводятся основные сведения об используемых модулях для разработки моделей с указанием количества конечных элементов (см. рис. 2.1).

Использование специализированных модулей ANSYS и проведение сеточной оптимизации позволило разработать сеточные модели для проведения численного моделирования 2FSI-процессов в компрессоре ГПА с учетом одной ступени при раздельном и совместном рассмотрении газодинамики РК, ЛУ, РУ.

58

Таблица 2.9

Модули для разработки геометрических и сеточных моделей ротора при учете одной ступени компрессора

Количество конечных элементов относительно небольшое – ≈3,1 млн при совместном учете, что критически важно для последующих 2FSI-расчетов, так как сама по себе задача совместного динамического моделирования газа и конструкции в 3D-поста- новке крайне ресурсоемка даже с таким количеством ячеек. Предельно ресурсоемкая задача запускалась на 32 восьмиядерных процессорах «Intel Xeon E5-2680» ВВК ПНИПУ [36, 100], при этом использовалось 2 Тб оперативной памяти. Результаты задачи заняли около 2,5 Тб на распределенных жестких дисках.

Меньшее количество элементов в твердых телах (Solid) по сравнению с газодинамическими объемами (Fluid) обусловлено малыми деформациями в конструкции и использованием упру-

59

гой модели деформирования, поэтому для разработки сетки для твердых тел достаточно использования модуля ANSYS Mesher с отдельными настройками для каждой модели и контактной поверхности (интерфейса) со стыковкой «узел в узел».

Использование модулей ICEM CFD и TurboGrid для моделирования газодинамических полостей ротора компрессора ГПА позволило разработать гексагональную структурированную сетку с более высоким качеством, где в явном виде прорабатывалась блочная O-grid топология, корректно описывающая особенности течения в пограничном слое при использовании SSTмодели (см. подразд. 2.2).

Использование SST-модели турбулентности и применение специализированных модулей ANSYS, позволивших уменьшить количество конечных элементов без потери качества моделей, позволило более корректно описать поведение 2FSI-системы в сравнении с [74], а также значительно (на 2 порядка) уменьшить потребное время расчета. При этом продолжительность моделируемого отрезка времени увеличилась в 20 раз, что отразилось на разрешающей способности проведения спектрального анализа, который необходим для поиска возможных областей возникновения аэроупругих колебаний ротора компрессора ГПА.

Ниже представлены сеточные модели отдельных элементов конструкции и газодинамических полостей ротора компрессора ГПА при учете одной ступени компрессора.

С целью более качественного и удобного построения сеточной модели геометрия газодинамической полости РК была построена в специализированном программном модуле для турбомашин BladeGen. Построена проточная часть одной лопатки рабочего колеса, которая в дальнейшем размножена и развернута в газодинамическом модуле ANSYS CFX для полноразмерного 3D-моделирования (360°) проточной части РК (рис. 2.12).

Сеточная модель газодинамической полости проточной части РК построена для одного объемного сектора 32,73° в моду-

ле TurboGrid (рис. 2.13) и размножена до 360°.

60