Modelowanie przepływu w olejowym separatorze turbinowego silnika lotnicznego

• Autorzy: Szwarc Tomasz , Wróblewski Włodzimierz , Borzęcki Tomasz

Warianty tytułu

EN

Numerical simulation of cyclone used in aircraft turbine engine

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Separatory cyklonowe są powszechnie stosowane w układach olejowych lotniczych silników turbinowych. Dzięki swojej prostej budowie cechują się bardzo dużą niezawodnością, a tym samym nie wymagają częstych przeglądów. Sprawność separatora ma decydujący wpływ na jakość oleju, co bezpośrednio przekłada się na efektywność pracy systemu olejowego. Zwiększona zawartość powietrza w oleju powoduje spadek ciśnienia w systemie oraz jego większe fluktuacje, które z kolei rzutują na prawidłowe smarowanie komponentów silnika (łożysk, kół zębatych). Nowe konstrukcje silników wymagają od inżynierów tworzenia bardziej kompaktowych konstrukcji separatorów w celu redukcji masy oraz redukcji kosztów projektu przy zachowaniu efektywności i niezawodności tych separatorów. W celu spełnienia powyższych wymagań konieczne jest zastosowanie w procesie modelowania przepływu mieszaniny olej o wo-po wietrznej i przeprowadzenie optymalizacji konstrukcji separatora. Kluczowym zagadnieniem we wstępnym etapie budowy algorytmu obliczeniowego jest identyfikacja cech geometrycznych separatora, które mają istotny wpływ na jego sprawność. W artykule omówiono separatory olejowe stosowane w silnikach lotniczych oraz scharakteryzowano podstawowe zjawiska w nich występujące. Przedstawiono główne parametry wpływające na ich pracę. Zaprezentowano wybrane modele matematyczne analizy przepływu dwufazowego, dwuskładnikowego wraz z modelowaniem turbulencji. Wskazano możliwości zastosowania danego modelu w zależności od rodzaju przepływu.

EN

Cyclone separators are commonly used in oil systems of air turbine engines. Thanks to their simple construction they are characterized by very high reliability thus they do not require frequent inspections. The efficiency of the separator has a decisive impact on the quality of the oil, which directly results in a change in efficiency of the oil system. Increased air content in the oil causes a pressure drop in the system and higher-pressure fluctuations, which in turn affect the proper lubrication of the engine components (bearings, gears). New engine designs require engineers to create more compact separator designs to reduce weight and project costs while maintaining (and often increasing) their efficiency and reliability. To meet these requirements, it is necessary to use the flow modeling of the oil-air mixture in the design process to optimize the construction of the separator. The key issue at the initial stage of the calculation algorithm is to identify the geometric features of the separator, which have a key impact on its efficiency. The article discusses oil separators used in aviation engines and characterizes the basic phenomena occurring in them. The basic parameters influencing the separator's work are given. Selected mathematical models of two-phase (two-fluid) flow analysis together with turbulence modeling are presented. The possibilities of using a given flow model, depending on its structure, are shown.

Słowa kluczowe

PL

separator oleju; turbina gazowa; silnik lotniczy; przepływ dwufazowy

EN

oil separator; gas turbine; aircraft engine; two-phase flow

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Mechaniki Teoretycznej i Stosowanej. Oddział Gliwice
• Czasopismo: Modelowanie Inżynierskie
• Rocznik: 2019
• Tom: T. 40, nr 71
• Strony: 74--80
• Opis fizyczny: Bibliogr. 9 poz.

Twórcy

autor

Szwarc Tomasz

• Instytut Maszyn i Urządzeń Energetycznych, Politechnika Śląska
• Avio Polska Sp. z o.o.

autor

Wróblewski Włodzimierz

• Instytut Maszyn i Urządzeń Energetycznych, Politechnika Śląska

autor

Borzęcki Tomasz

• Avio Polska Sp. z o.o.

Bibliografia

• 1. ANSYS Help 18.2
• 2. Chang P., Hu T., Wang L., Chang S., Wang T., Wang Y.: Numerical simulation on structure optimization of liquid-gas cylindrical cyclone separator. Hindawi Publishing Corporation “International Journal of Chemical Engineering” 2016, Vol. 2016, id 3187631
• 3. Gao X., Zhao Y., Yang X., Chang Y., Peng X.: The research on the performance of oil-gas cyclone separators in oil injected compressor systems with considering the collision and breakup of oil droplets. International Compressor Engineering Conference, paper 2119
• 4. https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/flow-regime-map
• 5. Jaworski Z.: Numeryczna mechanika płynów w inżynierii chemicznej i procesowej. Warszawa: Akademicka Oficyna Wydawnicza EXIT, 2005.
• 6. Kanarachos S., Fluoros M.: Simulation of the air-oil mixture flow in the scavenge pipe of an aero engine using generalized interphase momentum exchange models. WSEAS Transactions on Fluid Mechanics 2014, Vol. 9.
• 7. Rudolf P.: Simulation of multiphase flow in hydrocyclone. EPJ Web of Conferences 2013, Vol. 45, id. 01101.
• 8. Wang L., Gao X., Feng J.M., Peng X.Y.: Research on the two-phase flow and separation mechanism in the oil-gas cyclone separator. IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering 2015, Vol. 90, id.012075.
• 9. Willenborg K., Klingsporn M., Tebby S., Ratcliffe T., Gorse P., Dullenkopf K., Wittig S.: Experimental analysis of air/oil separator performance. „Journal of Engineering for Gas Turbines and Power” GT2006-90708, 2006, p. 1495-1505.

Uwagi

PL

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2020).