Методика оценивания влияния сепарации абразивных частиц в осевых компрессорах на характеристики авиационных газотурбинных двигателей: моделирование сепарации и результаты

Аннотация

Приведены методика оценивания влияния сепарации абразивных частиц в осевых компрессорах на характеристики авиационных газотурбинных двигателей и полученные расчетным путем характеристики экспериментальной установки осевого компрессора с интегрированным сепаратором абразивных частиц. Показано влияние сепаратора на расход, степень повышения давления и коэффициент полезного действия. Получены новые граничные условия для модели сепаратора. Расчетная сетка области течения в сепараторе преобразована в высокопроизводительную полиэдрическую сетку, применяемую в модуле Fluent программного комплекса ANSYS, с сеточной сходимостью по критерию эффективности очистки сепаратором. Для расчетов принята модель турбулентности из рассмотренных основных моделей, осредненных по Рейнольдсу. Рассмотрены подходы к моделированию движения дискретной фазы, реализованные в пакетах вычислительной гидрогазодинамики. На основе выбранной дискретно-фазовой модели приведено ее математическое описание и численное моделирование двухфазного течения в сепараторе. Получены и проанализированы результаты моделирования полей давления, скорости, трекинга частиц, а также определена эффективность очистки сепаратором. Заданы дальнейшие направления в исследовании влияния сепарации абразивных частиц в осевых компрессорах на характеристики газотурбинных двигателей

Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:

Попов С.С., Черкасов А.Н., Клепиков Д.С. Методика оценивания влияния сепарации абразивных частиц в осевых компрессорах на характеристики авиационных газотурбинных двигателей: моделирование сепарации и результаты. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение, 2025, № 3 (154), c. 36--53. EDN: NMFQFZ

Литература

[1] Федоров Р.М. Характеристики осевых компрессоров. Воронеж, Научная книга, 2015.

[2] Попов С.С., Черкасов А.Н., Беловодский Ю.П. Осевой компрессор. Патент РФ 2801253. Заявл. 21.12.2022, опубл. 04.08.2023.

[3] Ахмедзянов Д.А., Кишалов А.Е., Суханов А.В. и др. Применение ANSYS CFX для получения характеристик осевых компрессоров ГТД. Вестник УГАТУ, 2012, т. 16, № 8, с. 15--22. EDN: PXAKUB

[4] Ахмедзянов Д.А., Ахметов Ю.М., Михайлова А.Б. Разработка подходов к оценке влияния неравномерности потока на входе на характеристики компрессоров авиационных ГТД на основе численного моделирования в ANSYS CFX. Вестник УГАТУ, 2017, т. 21, № 1, с. 63--71. EDN: YLYCHB

[5] Лобода Ю.А. Численное моделирование траекторий капель ВУТ в ANSYS Fluent. Оптика атмосферы и океана. Физика атмосферы. Матер. XXVIII Межунар. симп. Томск, ИОА СО РАН, 2022, с. B307--B310. DOI: https://doi.org/10.56820/OAOPA.2022.29.79.001

[6] Рахимов А.Х., Балэкуа-Мадзо Б., Мпика-Эшер Х.Т. и др. Анализ течения двухфазного потока в пылезащитном устройстве. Молодежный вестник УГАТУ, 2021, № 1, с. 43--46. EDN: HLCCAR

[7] Monachan B., Rijo J.T., Deepak S., et al. Simulation of stratified two-phase flow regime using air-water model in ANSYS fluent. J. Phys.: Conf. Ser, 2019, vol. 1355, no. 1, art. 012014. DOI: https://doi.org/10.1088/1742-6596/1355/1/012014

[8] Matsson J.E. An introduction to ANSYS Fluent 2023. Mission, SDC Publ., 2023.

[9] Balafas G. Polyhedral mesh generation for CFD-analysis of complex structures. Munchen, Sofistik AG, 2014.

[10] Вальдберг А.Ю., Исянов Л.М., Тарат Э.Я. Технология пылеулавливания. Л., Машиностроение, 1985.

[11] Андреев Е.А., Бобров А.Н., Максимов С.Ф. Эффективность применения сепарирующих устройств в энергетических установках на металлизированных топливах. Инженерный журнал: наука и инновации, 2013, № 4. DOI: https://doi.org/10.18698/2308-6033-2013-4-703

[12] Исаев А.И., Скоробогатов С.В. Гидродинамическая верификация и валидация численных методов расчета течения в камере сгорания газотурбинного двигателя. Труды МАИ, 2017, № 97. EDN: YMIGQC

[13] Буров А.С. Численное исследование двухфазного закрученного течения в прямоточном циклоне. Дис. ... канд. техн. наук. Казань, КНИТУ, 2016.

[14] Menter F.R. Two-equation eddy-viscosity turbulence models for engineering applications. AIAA J., 1994, vol. 32, no. 8, pp. 1598--1605. DOI: https://doi.org/10.2514/3.12149

[15] Liu Q., Luo Z.-H. CFD-VOF-DPM simulations of bubble rising and coalescence in low hold-up particle-liquid suspension systems. Powder Technol., 2018, vol. 339, pp. 459--469. DOI: https://doi.org/10.1016/j.powtec.2018.08.041

[16] Бусройд Р. Течение газа со взвешенными частицами. М., Мир, 1975.

[17] Нигматулин Р.И. Динамика многофазных сред. М., Наука, 1987.

[18] Haider A., Levenspiel O. Drag coefficient and terminal velocity of spherical and nonspherical particles. Powder Technol., 1989, vol. 58, pp. 63--70. DOI: https://doi.org/10.1016/0032-5910(89)80008-7

[19] Наумов В.А. Зависимость силы гидродинамического сопротивления твердых частиц от показателя их несферичности. Вестник науки и образования Северо-Запада России, 2015, т. 1, № 1, с. 95--104. EDN: VKEDLZ

[20] Котовский В.Н. Расчет параметров и характеристик авиационных ГТД. М., Академия Жуковского, 2022.

[21] Кажаев В.П., Киселев Д.Ю., Киселев Ю.В. Диагностическая модель вертолетного турбовального двигателя. Известия Самарского научного центра РАН, 2023, т. 25, № 1, с. 99--106. DOI: https://doi.org/10.37313/1990-5378-2023-25-1-99-106

[22] Кривошеев И.А., Кожинов Д.Г. Развитие методов моделирования и автоматизированного проектирования газотурбинных двигателей. Вестник СамГАУ, 2014, № 5-3, с. 9--18. EDN: SGBXVK