Математическая модель метода универсального моделирования девятой версии для расчета и проектирования центробежных компрессоров: идентификация и верификация по экспериментальным данным

Аннотация

Выполнены идентификация и верификация новой версии математической модели метода универсального моделирования для расчета газодинамических характеристик центробежных компрессоров. Для идентификации модели потерь использованы результаты 70 испытаний модельных ступеней семейства 20СЕ Проблемной лаборатории компрессоростроения СПбПУ --- сопоставлено 420 значений КПД. На первом этапе идентификация проведена только для ступеней безлопаточного диффузора, средняя погрешность расчета КПД составляла 0,513 %, в целом по характеристике --- 1 %. При идентификации ступеней лопаточного диффузора объектами поиска были коэффициенты, влияющие на потери только в лопаточном диффузоре, средняя погрешность расчета КПД составляла 0,525 %, по всей характеристике --- 1,12 %. Для верификации эмпирических коэффициентов, влияющих на потери в осеразделительном рабочем колесе, использованы результаты испытаний компрессоров ТКР-175Э и ТКР-140Э для агрегатов турбонаддува. В базе данных программы IDENT приведены характеристики компрессора ТКР-140Э при условных числах Маха, равных 0,437, 0,5836, 0,728, 0,8739, средняя погрешность расчета КПД составляла 0,889 %, по всей характеристике --- 1,55 %. Для верификации математической модели использованы результаты испытаний малорасходных модельных ступеней фирмы "Кларк" (США). Рассмотрены десять испытаний малорасходных ступеней, средняя погрешность расчета КПД составляла 1,08 %, по всей характеристике --- 1,31 %

Работа выполнена при поддержке гранта Президента Российской Федерации для молодых кандидатов наук МК-1893.2020.8

Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:

Галеркин Ю.Б., Дроздов А.А., Рекстин А.Ф. и др. Математическая модель метода универсального моделирования девятой версии для расчета и проектирования центробежных компрессоров: идентификация и верификация по экспериментальным данным. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение, 2022, № 1 (140), с. 82--102. DOI: https://doi.org/10.18698/0236-3941-2022-1-82-102

Литература

[1] Swain E. Improving a one-dimensional centrifugal compressor performance prediction method. Proc. Inst. Mech. Eng. A: J. Power Energy, 2005, vol. 2019, no. 8, pp. 653--659. DOI: https://doi.org/10.1243/095765005X31351

[2] Oh H.W., Yoon E.S., Chung M.K. An optimum set of loss models for performance prediction of centrifugal compressors. Proc. Inst. Mech. Eng. A: J. Power Energy, 1997, vol. 211, no. 4, pp. 331--338. DOI: https://doi.org/10.1243/0957650971537231

[3] Афанасьев Б.В., Дроздов Ю.В., Лунев А.Т. и др. Методы исследования многовальных многоступенчатых компрессоров с помощью математической модели в процессе проектирования. Компрессорная техника и пневматика, 2002, № 1, с. 21--23.

[4] Syka T., Lunacek O. Numerical simulation of radial compressor stage. EPJ Web Conf., 2013, vol. 45, art. 01088. DOI: https://doi.org/10.1051/epjconf/20134501088

[5] De Bellis F., Grimaldi A., Rubino D.T., et al. Accurate radial vaneless diffuser 1D model. Proc. ASME Turbo Expo, 2014, no. GT2014-25232, V02DT42A008. DOI: https://doi.org/10.1115/GT2014-25232

[6] Harley P., Spence S., Filsinger D., et al. Assessing 1D loss models for the off-design performance prediction of automotive turbocharger compressors. Proc. ASME Turbo Expo, 2013, no. GT2013-94262, V06CT40A005. DOI: https://doi.org/10.1115/GT2013-94262

[7] Japikse D. Turbomachinery design with an agile engineering system. JSME Fluid Eng. Conf., 2003, pp. 19--20.

[8] Japikse D., Bitter J. Effective two-zone modeling of diffusers and return channel systems for radial and mixed-flow pumps and compressors. 11th Int. Symp. Transport Phenomena and Dynamics of Rotating Machinery, 2006, vol. 2, pp. 511--520.

[9] Japiksе D., Oliphant K.N., Pelton R. Optimization in turbomachinery data reduction. 10th Int. Symp. Transport Phenomena and Dynamics of Rotating Machinery, 2004, pp. 73--82.

[10] Japikse D., Platt M.J. Optimization in component design and redesign. 10th Int. Symp. Transport Phenomena and Dynamics of Rotating Machinery, 2004, pp. 132--145.

[11] Li P.Y., Gu C.W., Song Y. A new optimization method for centrifugal compressors based on 1D calculations and analyses. Energies, 2015, vol. 8, no. 5, pp. 4317--4334. DOI: https://doi.org/10.3390/en8054317

[12] Lusardi K. Characterization of unsteady loading due to impeller-diffuser interaction in centrifugal compressors. Thes. Mast. Sc. Deg. USA, Cambri, MIT, 2012.

[13] Галеркин Ю.Б., Солдатова К.В. Моделирование рабочего процесса промышленных центробежных компрессоров. СПб., СПбПУ, 2011.

[14] Васильев Ю.С., Родионов П.И., Соколовский М.И. Высокоэффективные центробежные компрессоры нового поколения. Научные основы расчета, разработка методов оптимального проектирования и освоение производства. Промышленность России, 2000, № 10-11, с. 78--85.

[15] Галеркин Ю.Б., Рекстин А.Ф., Дроздов А.А. и др. Сквозная система оптимального газодинамического проектирования промышленных центробежных компрессоров. Научные основы, практика применения. XVIII Междунар. науч.-техн. конф. Казань, 2019, с. 15--46.

[16] Солдатова К.В. Создание новой математической модели проточной части центробежных компрессоров и базы данных модельных ступеней. Дис. ... д-ра техн. наук. СПб., СПбПУ, 2017.

[17] Дроздов А.А. Метод проектирования центробежных компрессоров с осерадиальными рабочими колесами. Дис. ... канд. техн. наук. СПб., СПбПУ, 2016.

[18] Соловьёва О.А. Математическая модель для расчета газодинамических характеристик и оптимизации безлопаточных диффузоров центробежных компрессорных ступеней. Дис. ... канд. техн. наук. СПб., СПбПУ, 2018.

[19] Galerkin Y., Drozdov A., Solovyeva O., et al. Development of mathematical model of universal modeling method for centrifugal compressors calculation. E3S Web Conf., vol. 140, art. 06002. DOI: https://doi.org/10.1051/e3sconf/201914006002

[20] Галеркин Ю.Б. Турбокомпрессоры. СПб., СПбПУ, 2008.

[21] Галеркин Ю.Б., ред. Труды научной школы компрессоростроения СПбГПУ. СПб., СПбПУ, 2010.

[22] Галеркин Ю.Б., Рекстин А.Ф. Методы исследования центробежных компрессорных машин. Л., Машиностроение, 1969.

[23] Селезнев К.П., Галеркин Ю.Б. Центробежные компрессоры. Л., Машиностроение, 1982.

[24] Рис В.Ф. Центробежные компрессорные машины. Л., Машиностроение, 1981.

[25] Галеркин Ю.Б., Дроздов А.А. Разработка новой версии математической модели метода универсального моделирования для расчета центробежных компрессоров. Омский научный вестник. Сер. Авиационно-ракетное и энергетическое машиностроение, 2019, т. 3, № 2, с. 25--36. DOI: https://doi.org/10.25206/2588-0373-2019-3-2-25-36

[26] Дроздов А.А., Галеркин Ю.Б., Уцеховский А.А. Разработка и внедрение новой математической модели тангенциальных выходных устройств центробежных компрессоров. Известия высших учебных заведений. Машиностроение, 2020, № 6, с. 17--35. DOI: https://doi.org/10.18698/0536-1044-2020-6-17-35

[27] Галеркин Ю.Б., Рекстин А.Ф., Дроздов А.А. и др. Опыт создания низконапорного турбокомпрессора для наддува ДВС с применением современной версии Метода универсального моделирования. Компрессорная техника и пневматика, 2019, № 2, с. 2--10.