Numeryczna symulacja zjawisk przepływowych w turbinach cieplnych

• Autorzy: Wróblewski W.

Warianty tytułu

EN

Numerical simulation of flow phenomena in thermal turbines

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W pracy przedstawiono numeryczne aspekty modelowania struktury przepływu w kanałach turbin cieplnych. Analizowano zjawiska występujących w układach łopatkowych maszyn wirnikowych o złożonej geometrii. Szczególnym obszarem zainteresowania są te części układu przepływowego, w których występują prędkości transoniczne i naddźwiękowe. Przedstawiono algorytmy rozwiązania zagadnień przepływowych i przedyskutowano ich przydatność w zagadnieniach analizy przepływu w rzeczywistych kanałach łopatkowych. Zastosowana metoda numerycznego rozwiązania równań zachowania oparta jest na metodzie objętości skończonych przy wykorzystaniu metod typu "pod prąd" wyższego rzędu dokładności do bilansowania członów konwekcyjnych. Obliczenia numeryczne prowadzono na kilku rodzajach siatek numerycznych, dyskretyzujących obszary przepływu. Zwrócono uwagę na znaczenie doboru siatki numerycznej do rozpatrywanego zagadnienia przepływowego. W obliczeniach przepływu przez kanały turbinowe stosowano różne modele czynnika roboczego. Uwzględniono równanie stanu gazu doskonałego oraz równanie stanu gazu rzeczywistego dla pary wodnej. Metody numeryczne przy wykorzystaniu modelu gazu doskonałego zastosowano do określenia płaskiej i przestrzennej struktury przepływu. Stosowano przy tym dla zagadnień przestrzennych model czynnika nielepkiego oraz dla zagadnień płaskich model czynnika lepkiego. Rozpatrywane przypadki obliczeń porównywano z danymi eksperymentalnymi i publikowanymi wynikami obliczeń. W przypadku pary wodnej zwrócono uwagę na ograniczenia w modelowaniu przepływu z wykorzystaniem równania stanu gazu doskonałego. W modelu przepływu pary wodnej uwzględniono zjawisko kondensacji spontanicznej. Przedstawiono różne aspekty modelowania struktury przepływu z kondensacją w zagadnieniach płaskich i przestrzennych. Opracowane algorytmy obliczeniowe pozwalają na analizę zjawisk, zachodzących w kanałach maszyn przepływowych. Dobór modeli przeprowadzono tak, by w chwili obecnej koncepcja układu programów spełniała kryteria ekonomiczności, elastyczności oraz czasochłonności dla praktycznych zadań, które wyłaniają się w procesie analizy istniejących konstrukcji, oceny modernizacji aerodynamicznej oraz kontroli pracy turbiny przy zmiennym obciążeniu.

EN

The work presents numerical aspects of the modelling of the flow phenomena in the channels of the thermal turbines. Flow phenomena which appear in geometrically complicated cascades of turbomachine were analysed. Particular interest is focused on parts of turbine channels with transonic and supersonic flows. Solution algorithms for flow problems were presented and application abilities to the flow analysis in real turbomachines were discussed. Solution of the conservation laws is based on the finite volume method using high order accuracy upwind scheme for convective fluxes calculation. Numerical calculations were carried out on the different types of grids. The importance of the selection of the grid types for the flow problem was considered. Different gas models for the flow in turbine channels were used. Ideal and real equation of state were taken in to the consideration. Numerical method with ideal equation of state was used for the calculation of 2D and 3D flow problems. For 3D problems the inviscid gas model and for 2D problems the viscous gas model was considered. Calculated results were compared with experimental data and with published numerical results. The limitations in the calculation of the steam flow using ideal gas model were considered. In the steam flow calculation the spontaneous condensation model was included. Different aspects of modelling 2D and 3D flow phenomena with condensation were presented. Numerical algorithms worked out for calculations of the flow phenomena in the turbomachinery. Selection of the models was made to assure low time consuming and flexibility in calculations of turbine flow problems for the set of algorithms. It is important in analysing of existing machines in different work regimes and aerodynamic modernisation processes.

Słowa kluczowe

PL

turbina cieplna; struktura przepływu; modelowanie przepływu; symulacja numeryczna

EN

thermal turbine; flow structure; modelling of flow; numerical simulation

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Śląskiej
• Czasopismo: Zeszyty Naukowe. Energetyka / Politechnika Śląska
• Rocznik: 2000
• Tom: z. 132
• Strony: 9--214
• Opis fizyczny: Bibliogr. 118 poz.

Twórcy

autor

Wróblewski W.

• Instytut Maszyn i Urządzeń Energetycznych Politechniki Śląskiej, 44-100 Gliwice, ul. Konarskiego 18, tel. [phone],