Рис. 1. Пример петлевой схемы охлаждения современной лопатки газовой
турбины
гидравлического сопротивленияособое внимание требуетсяуделять
участкам поворотов, поскольку они вносят значительный вклад в сум-
марное гидравлическое сопротивление лопатки. Снижение суммарно-
го сопротивленияособенно важно длянизкоперепадных лопаток пер-
вых ступеней турбины с развитым пленочным охлаждением, в которых
требуетсяобеспечить необходимый запас по давлению в отверстиях
перфорации. Настоящая работа посвящена расчету потерь давления,
выбору оптимальной формы поворотов и определению теплоотдачи в
поворотных участках.
Математическая модель.
Принятаяматематическаямодель рас-
чета основана на решении системы стационарных трехмерных урав-
нений Навье–Стокса, усредненных по Рейнольдсу. Турбулентную
вязкость определяли с помощью двухслойной модели турбулентно-
сти
k
−
ε
с функцией Вольфштейна дляразрешенияпристеночного
слоя [3]. Расчетные сетки моделей содержат порядка 4 000 000 ячеек.
Верификация модели.
Дляверификации математической модели
использовали экспериментальные данные измерений полного давле-
ния[4] и теплоотдачи [5] в модельных каналах с поворотом на
180
◦
.
Верификацию модели проводили в два этапа. Сначала были рассчита-
ны потери давленияв повороте, затем — решена задача о теплообмене.
Геометриямодели дляверификации расчета потери давленияпри-
ведена на рис. 2,
а
. В качестве граничных условий на входе задавал-
сямассовый расход и температура воздуха, на выходе — статическое
давление. Геометрически расчетнаямодель соответствует эксперимен-
тальной. Расчетнаясетка приведена на рис. 2,
б
.
Верификациямодели была проведена длячисел Рейнольдса в диа-
пазоне от
1
,
5
·
10
4
до
10
5
. На рис. 3 приведены векторы скоростей (
а
)
32 ISSN 0236-3941. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. “Машиностроение”. 2010. № 3
