Моделирование характеристик воздушных уплотнений ГТД методами вычислительной газовой динамики
Диссертация
Учитывая возрастающий интерес в мире к проблеме расчёта динамических характеристик уплотнений, выполненная расчётно-теоретическая работа является современной и адекватной. Как это было показано в 1 главе, все возрастающую долю публикаций в настоящее время занимают работы китайских исследователей, сталкивающихся с проблемами строительства наземных турбин, решёнными в СССР в конце 80-х, начале 90-х… Читать ещё >
Содержание
- Список сокращений
- 1. Развитие методов расчёта расходных и динамических характеристик уплотнений
- 1. 1. Ранние работы в области исследования уплотнений турбоагрегатов
- 1. 2. Теоретические и экспериментальные работы 1980−1990 гг
- 1. 3. Современный этап исследований уплотнений турбомашин
- 2. Методика расчёта уплотнений методами ВГД
- 2. 1. Метод конечных объёмов
- 2. 2. Модель сплошной среды. Система уравнений Навье-Стокса
- 2. 3. Моделирование турбулентных течений в А^УБ СРХ
- 2. 4. Граничные условия при моделировании турбулентных течений в А^УБ СРХ
- 2. 5. Требования к пространственной дискретизации при моделировании задач в
- АКБУБ СРХ. Пристеночные функции
- 2. 6. Методика расчёта уплотнения с помощью А^УБ СРХ
- 3. Численное моделирование уплотнения АР
- 3. 1. Постановка задачи моделирования уплотнения АР
- 3. 1. 1. Геометрия модели
- 3. 1. 2. Расчётная сетка
- 3. 1. 3. Расчётная модель
- 3. 2. Результаты расчёта
- 3. 2. 1. Выводы о работе Б. Томпсон
- 3. 1. Постановка задачи моделирования уплотнения АР
- 4. 1. Описание установки ДМУ МЭИ
- 4. 2. Схема расположения датчиков стенда ДМУ МЭИ
- 4. 3. Результаты экспериментального измерения неравномерности статического давления от эксцентриситета
- 4. 4. Результаты экспериментального измерения АС
- 5. 1. Постановка задачи моделирования экспериментальной установки без эксцентриситета
- 5. 1. 1. Геометрия модели
- 5. 1. 2. Расчётная сетка
- 5. 1. 3. Расчётная модель
- 5. 1. 4. Устойчивость решения по отношению к используемым сеткам
- 5. 1. 5. Устойчивость решения по отношению к используемым адвективным схемам
- 5. 1. 6. Влияние типа граничных условий на результат расчёта модели с НА
- 5. 1. 7. Упрощение численной модели для учёта эксцентриситета
- 5. 1. 8. Моделирование течения в зазоре с смещением ротора
- 5. 1. 9. Результаты расчёта аэродинамических сил в зависимости от эксцентриситета ротора
- 6. 1. Постановка задачи моделирования уплотнений думисной полости КВД
- 6. 1. 1. Геометрия модели
- 6. 1. 2. Расчётная сетка
- 6. 1. 3. Расчётная модель
- 6. 2. Результаты расчёта
- 6. 2. 1. Анализ результатов расчёта
Список литературы
- Ломакин, A.A., Питательные насосы типа СВП-220−280 турбоустановки сверхвысоких параметров. — «Энергомашиностроение 1955, № 2, с. 1−10.
- Ломакин A.A. Центробежные и осевые насосы, Изд. 2-е переработанное и доп. Л. Машиностроение, 1966.
- Костюк А. Г. Теоретический анализ аэродинамических сил в лабиринтных уплотнениях турбомашин.— «Теплоэнергетика», 1972, № 11, с. 29−32.
- Розенберг, С.Ш. Исследование аэродинамических поперечных сил в лабиринтных уплотнениях при наличии эксцентриситета ротора/ С. Ш. Розенберг, В. Г. Орлик, Ю. А. Марченко // Энергомашиностроение, 1974. -№ 8.-С. 15−17.
- Олимпиев В.И. Гидродинамические силы в бандажных уплотнениях паровых турбин. Энергомашиностроение. 1976. № 7. 3−6.
- Васильцов Э.А. Бесконтактные уплотнения. Л.: Машиностроение, 1974. -158 с.
- Марцинковский В.А. Бесконтактные уплотнения роторных машин.-М.: Машиностроение, 1980. 200 е.: ил.
- Серков С.А. Определение аэродинамических сил в уплотнениях турбомашин, вызывающих низкочастотную вибрацию и выработка рекомендаций по повышению устойчивости движения ротора. Диссертация на соискание уч. степ. канд. техн. наук. М, МЭИ, 1983.
- Гроховский Д.В. Влияние эксцентриситета, перекоса и межступенчатых щелевых уплотнений на динамику ротора // Энергомашиностроение, 1988, № 1,-С. 18−21.
- Петрунин, Б.Н., Исследование аэродинамических сил в уплотнениях турбомашин и экспериментальное обоснование расчетной методики. Автореферат дисс. на соискание уч.степ.канд. техн. наук. М., 1991.
- Загорулько, A.B., и др., Компьютерное моделирование пространственного течения в кольцевом канале щелевого уплотнения-опоры.— «Восточно-Европейский журнал передовых технологий», 2009, № 6/7 (42), с. 22−26.
- Устинов, Д.Е., Влияние радиальных уплотнений на динамику высокоскоростных роторов на подшипниках скольжения с криогенной смазкой. Автореферат дисс. на соискание уч.степ.канд. техн. наук. Орёл, 2001.
- Мятлев, A.C., Разработка методики проектирования уплотнений в составе системы внутреннего воздухоснабжения авиационного газотурбинного двигателя. Автореферат дисс. на соискание уч.степ.канд. техн. наук. Самара, 2012.
- РТМ 108.020.33−86 Уплотнения лабиринтовые стационарных паровых и газовых турбин и компрессоров. М.: НПО ЦКТИ, 1988 — 72 е.: ил.
- Крылов Б.А., Юн A.A., Расчет и моделирование турбулентных течений с теплообменом, смешением, химическими реакциями и двухфазных течений в программном комплексе Fastest-3D: Учебное пособие. М.: Изд-во МАИ, 2007. — 116 е.: ил.
- A.A. Юн. Теория и практика моделирования турбулентных течений. М.: Книжный дом «ЛИБРИКОМ», Москва, 2009. 272 с.
- Щербаков М. А., Юн А. А. Сравнительный анализ турбулентных моделей для течений с отрывом в академических конфигурациях. 8-я международная конференция «Авиация и космонавтика 2009». Тезисы докладов. — М.: Изд-во МАИ-ПРИНТ, 2009. стр. 135−136.
- Тепловые и атомные электростанции: Справочник/Под общ. ред. чл.-корр. РАН А. В. Клименко и проф. В. М. Зорина. 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Издательство МЭИ, 2003 — 658 е.: ил.
- Патанкар С., Численные методы решения задач теплообмена и динамики жидкости. — М., Энергоатомиздат, 1984 124 е.: ил., с. 56−57.
- Фирсов Д.К. Метод контрольного объёма на неструктурированной сетке в вычислительной механике: Учебное пособие. Томск: ТГУ, 2007. — 72 е.: ил., с.ЗЗ.
- Alford, J.S. (1965). Protecting turbomachinery from self-excited rotor whirl. Journal of Engineering for Power, v. 87, 333−344.
- Alford, J.S.: Nature, Causes, and Prevention of Labyrinth Air Seal Failures, J. Aircraft, vol. 12, 1975, pp. 313−318.
- Allaire, P. E., Lee, C. C., and Gunter, E. J., «Dynamics of Short Eccentric Plain Seals with High Axial Reynolds Number,» Journal of Spacecraft and Rockets, AIAA, Vol. 15, No. 6 (November-December 1978), pp. 341−347.
- Hirs, G.G.: A bulk-flow theory for turbulence in lubricant films. Trans. ASME J. Lubrication Technol. 95, 137−146, 1973.
- Childs, D.W.: Dynamic analysis of turbulent annular seals based on Hirs' lubrication equation,. ASME J. Lubrication Technol. 105, 429−436, 1983.
- Urlichs, K. (1976) LEAKAGE FLOW IN THERMAL TURBOMACHINES AS THE ORIGIN OF VIBRATION-EXCITING LATERAL FORCES. NASA TT F -17 409, 1976.
- Benckert, H. Wachter, J. (1980). Flow induced spring coefficients of labyrinth seals for application in rotor dynamics. NASA CP 2133, 189 212.
- Iwatsubo, T. : Evaluation of Instability Forces of Labyrinth Seals in Turbines or Compressors. NS 2133, May 12−14, 1980.
- Iwatsubo, T., Motooka, N., Kawai, R.: Flow induced force of labyrinth seal. NASA 83N15643, 1982.
- Childs, D. W., Scharrer, J. K.: An iwatsubo-based solution for labyrinth seals comparison with experimental results. NASA 85N14131, 1984.
- Lee, O. W. K., Martinez-Sanchez, M., Czajkowski, E., Prediction of force coefficients for labyrinth seals. NASA 85N14130, 1984.
- Ek, M.C. (1978). Solution of the subsynchronous whirl problem in the high pressure hydrogen tur- bomachinery of the Space Shuttle
- Main Engine. Proc. AIAA/SAE 14th Joint Propulsion Conf., Las Vegas, Nevada, Paper No. 78−1002.
- Kirk, R.G. (1988). Evaluation of aerodynamic instability mechanisms for centrifugal compressors part II: advanced analysis. Journal of Vibration, Acoustics, Stress, and Reliability in Design, v. 110, 207−212.
- Akin, J. T., Fehr, V. S., Evanst, D. L., Eliminating the TF30 P-lll + Engine Rotor-Instability Problem. J. Propulsion, vol. 6, No. 3, may-june1990, 289−296
- Shoji, H. and Ohashi, H. (1980). Fluid forces on rotating centrifugal impeller with whirling motion. Proc. First Workshop on Rotordynamic Instability Problems in High-Performance Turbomachinery, NASA Conf. Pub. 2133, 317−328.
- Rotordynamic Instability Problems in High-Performance Turbomachinery. NASA-CP-2133, 1980.
- Rotordynamic Instability Problems in High-Performance Turbomachinery. NASA-CP-2250, 1982.
- Rotordynamic Instability Problems in High-Performance Turbomachinery. NASA-CP-2338, 1984.
- Seals Flow Code Development, Glenn Research Center. NASA-CP-10 070,1991.
- Rhode D.L. Sobolik S.R. (1986). Simulation of subsonic flow through a generic labyrinth seal. Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, v. 108, 674−680.
- Rhode D.L., Hensel S.J., Guidry M.J. (1993). Three-dimensionalcomputations of rotordynamic force distributions in a labyrinth seal. Tribology Transactions, v 36, 461−469.
- NORDMANN, R.- DIETZEN, F.J.- WEISER, H.P.: Calculation of Rotordynamic Coefficients and Leakage for Annular Gas Seals by Means of Finite Difference Techniques- Journal of Tribology- Juli 1989, S. 545 iff.
- Seals Code Development Workshop, Glenn Research Center. NASA-CP-10 181, 1996.
- Kanemori, Y., and Iwatsubo, T., Experimental Study of Dynamic Fluid Forces and Moments for a Long Annular Seal, o Journal of Tribology, Vol. 114, No. 10, pp. 773−778.
- Iwatsubo, T., Fukumoto, K., Mochida, H.: An experimental study of dynamic characteristics of labyrinth seal. NASA N94- 34 188, 1994.
- Ishii E., Kato C., Katsuaki K., Ueyama Y. (1997). Prediction of rotordynamic forces in a labyrinth seal based on three-dimensional turbulent flow computation. JSME International Journal Series C, v. 40(4), 743−748.
- Williams, M., Chen, W., Brozowski, L., and Eastland, A., «Three-Dimensional Finite Difference Method for Rotordynamic Fluid Forces on Seals», AIAA J., Vol. 35, No.8, 1997, pp. 1417−1420.
- Chupp, R., Hendricks, R., Steinetz, B., Lattime, S: «Sealing in Turbomachinery Journal of Propulsion and Power, Vol. 22, No. 2 (2006), pp. 313−349.
- Xu, J., Rhode, D., Ambrosia, M.: Effect of Rub-Groove Shape on the Leakage of Abradable Stepped Labyrinth Seals. 40th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference and Exhibit, 2004.
- Rhode, D., Adams, R.: Relative Axial Displacement Leakage Effects on Straight-Through Labyrinth Seals with Rub Grooves. 40th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference and Exhibit, 2004.
- Suryanarayanan, A., Morrison, G.: Effects of Negative Whirl Ratios on the Wall Pressure Distribution for a 50% Eccentric Smooth Annular Seal, 41st AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference and Exhibit, 2005.
- Suryanarayanan, A., Morrison, G., Steinetz, B., Braun, J., «Pressure Distribution on an Eccentric Annular Seal at Fractional Whirl Ratios Journal of Propulsion and Power, Vol. 22, No. 2 (2006), pp. 397 403.
- Malvano, R., Vatta, F., Vigliani, A., Rotordynamic Coefficients for Labyrinth Gas Seals: Single Control Volume Model, Meccanica, vol. 36, pp. 731−744: Springer Netherlands, 2001.
- Eser, D., Dereli, Y., Rotordynamic coefficients in staggered labyrinth seals, Journal of Mechanical Science and Technology, vol. 18, pp. 830−837: The Korean Society of Mechanical Engineers, 2004.
- Staubli T., Lotscher B., Waser R., A discussion of numerical schemes to determine rotordynamic coefficients of turbulent seals, 4th EDFLMS Poitiers Workshop, Poitiers, 2005.
- Leakage and rotordynamic effects of pocket damper seals and see-through labyrinth seals by Gamal Eldin, Ahmed Mohamed, Ph.D., TEXAS A & M UNIVERSITY, 2007, 221 pages.
- Labyrinth seal Preprocessor and Post-Processor Design and Parametric Study, Mehta, R.P., Master’s Thesis, Virginia Polytechnic Institute, 2008, 86 pages.
- Study of Forces and Dynamic Coefficients in Whirling and Eccentric Labyrinth Seals Using ANSYS-CFX, Thompson, E.D., Master’s Thesis, Virginia Polytechnic Institute, 2009, 64 pages.
- Computational Fluid Dynamic and Rotordynamic Study on the Labyrinth Seal, Gao, R., Ph.D., Virginia Polytechnic Institute, 2012, 123 pages.
- Song, S.J., Inviscid Rotordynamic Damping Forces due to Nonaxisymmetric Tip Clearance in Turbines, AIAA Journal, vol. 36, issue 12, pp. 2163−2169, 12/1998.
- ANSYS CFX-Solver Theory Guide, release 13.0, November 2010. c. 355 357.
- ANSYS CFX Solver Modelling Guide, release 13.0, November 2010. c. 176−178.
- G. Kalitzin, G. Medic, G. Iaccarino, P. Durbin, «Near-wall behavior of RANS turbulence models and implications for wall functions», Nov. 2004, Elsevier, Journal of Computational Physics 204, pp. 265−291.
- Kurenkov, O., Automatic Wall Functions for RANS computation in OpenFOAM, Open Source CFD Conference 2009 Barcelona, 12th/13th November 2009-
- ANSYS CFX Reference Guide, release 13.0, November 2010. c. 179−180.