Przepływ z chłodzeniem łopatek rotora

1

Ć

w. 6 Przepływ przez układ łopatek z

chłodzeniem łopatek rotora

Tworzenie geometrii – Gambit

Przygotowanie geometrii – wykorzystamy geometrię
przygotowaną w programie GAMBIT dla przypadku
przepływu przez kanał łopatkowy turbiny.

1. Utworzyć dwie dodatkowe powierzchnie: Lop-
stator i Lop-rotor (jak w poprzednim ćwiczeniu)

Lop-stator

Lop-stator

2. Utworzyć 5 kanałów (otworów) w łopatce rotora
turbiny

Nr

Promień X

Y

1

0.4

8

-5.9

2

0.5

9.5

-6.4

3

0.5

11.1

-5.9

4

0.4

12.2

-4.9

5

0.3

12.9

-3.9

3. Dokonać siatkowania łopatek statora i rotora

4. Brzegom otworów nadać warunki brzegowe typu
WALL (każdemu z oddzielną nazwą, żeby potem
można było każdemu otworowi przypisać inną
temperaturę)

5. Warunki brzegowe: pozostawić bez zmian

6. Warunki na Continuum: Każdej łopatce (statora i
rotora) przyporządkować osobno jako Continuum
typ SOLID (odpowiedni materiał wybierze się we
FLUENCIE)

7. Wyeksportować siatkę 2d i zakończyć pracę w
Gambicie.

Obliczenia - Fluent

Ustawienia ogólne:

•

2d, Serial

•

Wczytanie i sprawdzenie siatki

Ustalenie interfejsów (Mesh Interfaces):

•

utworzyć interface z krawędzi inter-stator oraz
inter-rotor

•

Interface Options: Periodic Repeats

•

Skalowanie siatki (wymiary w cm)

•

Ustawienie solvera: Density Based, Absolute,
Steady, Planar

•

Jednostki ciśnienia: bar (10

5

Pa)

•

Models: model turbulencji Spalarta Allmarasa

•

Włączone równanie energii

•

Materiał : Fluid: powietrze, ideal-gas; Solid: stal i
tytan. W tym celu z bazy danych kopiujemy
materiał na łopatki statora – stal (steel) oraz rotora
– tytan (titanium)

•

Cell Zone Conditions - Ustawienie pozornie

ruchomego rotora (lop-rotora): w zakładce Motion
Type ustawiamy opcję Moving Reference Frame i
wartość prędkości ruchu łopatki (Translational
Velocity Speed) Y = -250 m/s

•

Operating Conditions: 0 bar

•

Solution Methods: Implicit, Roe-FDS, Gradient:
Green-Gauss Cell Based Flow, Flow: First Order
pwind, Modified Turbulent Viscosity: First Order
Upwind

•

Solution controls: Courant Number = 5

Warunki brzegowe:

Przepływ z chłodzeniem łopatek rotora

2

•

wlot: pressure_inlet: Gauge Total Pressure = 5
bar, Supersonic/Initial Gauge Pressure = 4.9 bar,
Total Temperature = 900 K

•

wylot: pressure_outlet: Gauge Pressure = 3.5 bar,
Backflow Total Temperature = 900 K

•

definiujemy wymianę ciepła na ściankach łopatek
- w sumie na 4 krawędziach: stator-g, stator-d,
rotor-g, rotor-d. We wszystkich wypadkach w
zakładce Thermal, w polu Thermal Conditions
uaktualniamy opcję COUPLED a w polu Material
Name wybieramy Steel dla statora i Titanium dla
rotora. Pozostałe parametry pozostawiamy
domyślne.

•

na krawędziach otworów chłodzących zadajemy
temperatury niższe niż powietrza opływającego
łopatki (np. ok. 800K lub jeszcze mniej).

Obliczenia:
Iterujemy do zbieżności 10

-3

.

Po zakończeniu obliczeń przystępujemy do analizy
wyników. W szczególności porównujemy rozkłady
temperatur na łopatkach statora i rotora z
analogicznymi dla przypadku poprzedniego (łopatki
pełne).

łopatki rotora chłodzone

łopatki rotora niechłodzone

porównanie temperatur dla łopatek rotora z

chłodzeniem i bez