В нескольких отраслях промышленности имеются центробежные компрессоры, поддерживающие основу их операций. Будь то турбокомпрессоры для автомобильных приложений или компрессоры для выработки электроэнергии и охлаждения, крайне важно, чтобы турбомашина работала хорошо. В мире, где технология постоянно совершенствуется с все большей скоростью, современный инженер, безусловно, имеет работу с первоначальной концептуализацией вплоть до окончательных расчетов. В этой статье основное внимание будет уделено потоку высокоэффективных открытых центробежных крыльчаток и тому, как крупная модель клиренса, применяемая на этапе анализа среднего уровня, может учитывать гидравлические потери и в конечном итоге экономить время проектирования.
Значение зазора наконечника
Как указывалось выше, наконечник зазора является источником потерь. Традиционно дизайнеры компрессоров минимизируют зазор клипа и потери, связанные с потоком зазора от давления до всасывающей стороны рабочего колеса. Для небольших, быстрых центробежных колес, относительный зазор (соотношение абсолютного клиренса зазора к высоте выхода лезвия) может быть довольно большим, в отличие от абсолютного зазора. Это представляет собой уникальную проблему, поскольку этот аномально высокий клиренс наконечника нельзя обрабатывать обычными одномерными методами. Из-за этой проблемы должен использоваться другой тип модели. Для целей настоящей статьи примером может служить центробежный компрессор, состоящий из центробежного крыльчатки, безжизненного пространства, рассеянного диффузора и спирали. Точное значение зазора наконечника на крыльчатке было наложено до начала процедуры проектирования. Это ограничение привело к тому, что большой относительный клиренс наконечника был равен 0,215 (21,5%). Когда использовались более традиционные методы проектирования, а именно механизмы потерь Aungier, результирующие модели потерь показали значительные расхождения по сравнению с результатами предыдущих тестовых данных. Эффективность компрессора также была в значительной степени чрезмерно предсказана с использованием традиционных моделей.
Алгоритм вычисления динамики
Чтобы найти недостаток одномерной модели системы, можно использовать трехмерный вычислительный алгоритм динамики уравнения Рейнхольдса для работы с сжимаемыми жидкостями. В этом примере для расчета используется модель турбулентности K-эпсилон. Расчетная сетка была сгенерирована для отдельной крыльчатки и отклоненного прохода диффузора с использованием структурированной сетки H-типа. Тип спиральной сетки представляет собой тетра в полном объеме и призматическом пограничном слое. Эта сетка приемлема для используемой модели турбулентности. В качестве граничных условий общее давление и полная температура равномерно наносились на входную границу. Между тем, массовый расход был указан на выходе из спирали. Так как поток в зоне ближнего зазора был основным предметом рассмотрения, особое внимание было уделено сетке в этой зоне. Основные выводы, которые могут быть сделаны из исследования трехмерного течения, заключаются в следующем: когда относительный клиренс наконечника очень большой, поток характеризуется повышенной утечкой по лезвию в зазоре и обратным потоком в меридиональном направлении около савана.
