Numerical calculation of static pressure in turbine interblade passage

• Autorzy: Wais P.

Warianty tytułu

PL

Obliczenia numeryczne ciśnienia statycznego w przestrzeni międzyłopatkowej turbiny gazowej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The thermal performance and power output of gas turbines depend on the inlet gas velocity and temperatures. Increasing the gas turbine performance reduces the amount of fuel and limits the cost of the energy output by the turbine shaft. To reach the aim and design the efficient gas turbine the analysis and investigation of the turbine component are supported by numerical method. In the paper, a numerical modeling of air flow in turbine blade cascade is presented and a static pressure is investigated in the blade passage. The static pressure affects the secondary flow that extracts energy from the fluid and causes additional losses. Fully developed flow in a wind tunnel with its turbine blades are taken in consideration and resolved by means of commercial program. Two turbulence models are applied: model considered the industry standard model and SST model with fully turbulent flow condition, more accurate for flows with strong separation condition. For each turbulence version, 3D model of turbine blade cascade is prepared and calculations are run for different meshes. Achieved numerical results of pressure at turbine blade surface are compared with values obtained from experiments for turbine blade cascade. The computation time and the results received after calculation process are the main criteria for model selection. The aim of paper is to validate the numerical model taking in consideration some main model parameters.

PL

Sprawność termiczna i moc turbin gazowych zależy głównie od prędkości wlotowej gazów oraz ich temperatury. Wzrost sprawności turbiny gazowej przyczynia się do mniejszego zużycia paliwa oraz zwiększenia mocy turbiny. W celu osiągnięcia optymalnych parametrów pracy w procesie projektowania komponentów turbiny wykorzystuje się metody numeryczne. W pracy zamodelowano przepływ powietrza w palisadzie łopatek turbiny gazowej i wyznaczono wartości pola ciśnienia statycznego gazu w przestrzeniach międzyłopatkowych. Ciśnienie statyczne wpływa na powstawanie przepływu wtórnego powodując wystąpienie dodatkowych strat energii. Rozważano przepływ burzliwy w tunelu aerodynamicznym, w którym zamocowano łopatki turbiny. Wykonano obliczenia numeryczne za pomocą programu komercyjnego. Użyto dwóch modeli turbulencji: modelu stosowanego często w przemysłowych ośrodkach badawczych i uważanego za model podstawowy oraz modelu SST bardziej odpowiedniego dla przepływów, w których występuje oderwanie warstwy przyściennej). Dla każdej wersji turbulencji przygotowano model 3D palisady łopatek turbiny i wykonano symulacje dla różnych siatek obliczeniowych. Rezultaty obliczeń zostały porównane z wartościami otrzymanymi podczas badań eksperymentalnych przepływu powietrza w palisadzie łopatek turbiny gazowej. Sprawdzono wpływ modelu turbulencji i kolejnych uproszczeń dokonanych w modelu na wynik obliczeń. Głównym kryterium wyboru modelu był czas obliczeń i zgodność otrzymanych rezultatów z wynikami eksperymentalnymi. Celem przeprowadzonych obliczeń było wybranie modelu, która daje dobre rezultaty i nie powoduje kłopotów podczas obliczeń numerycznych.

Słowa kluczowe

EN

turbine blade; static pressure distribution; CFD model

PL

łopatka turbiny gazowej; ciśnienie statyczne; model CFD

• Wydawca: KAPRINT
• Czasopismo: Rynek Energii
• Rocznik: 2012
• Tom: Nr 6
• Strony: 107--112
• Opis fizyczny: Bibliogr. 7 poz., fig., tab.

Twórcy

autor

Wais P.

• Katedra Maszyn i Urządzeń Energetycznych Politechniki Krakowskiej

Bibliografia

• [1] ANSYS CFX – Solver Theory Guide Release 12.1 November 2009, Canonsburg
• [2] Bunker R. S., Bailey J. C., Heat Transfer and Flow on the First Stage Blade Tip of a Power Generation Gas Turbine. Part 1: Experimental Results, 44th Gas Turbine and Aeroengine Congress, Indianapolis, Indiana, June 7-10, 1999
• [3] Chen N. Aerothermodynamics of Turbomachinery. Analysis and Design. John Wiley &Sons, Singa-pore, 2010
• [4] Giel P. W., Bunker R. S., Van Fossen G. J., Boyle R. J., Heat Transfer Measurements and Predictions on a Power Generation Gas Turbine Blade, 45th Gas Turbine and Aeroengine Technical Congress, Munich, Germany, May 8-11, 2000
• [5] Kwak J. S., Ahn J., Han J-C., Effects of rim location, rim height, and tip clearance on the tip and near tip region heat transfer of a gas turbine blade, Int. Journal of Heat and Mass Transfer, 47 (2004), pp. 5651-5663
• [6] Lee S. W., Chae B. J., Effects of squealer rim heght on aerodynamic losses downstream of a high-turning turbine rotor blade, Experimental Thermal and Fluid Science, 32 (2008), pp. 1440-1447
• [7] Menter, F. R. Two-Equation Eddy-Viscosity Turbulence Models for Engineering Applications, AIAA Journal, vol. 32, no 8, pp. 1598-1605, 1994