Численное исследование течения потока в ступени центростремительной турбины с частичным облопачиванием рабочего колеса

Abstract

В данной работе рассматриваются особенности течения потока в проточной части центростремительной малорасходной турбины с частичным облопачиванием рабочего колеса. Такие турбины относятся к конструктивному классу турбин так называемого безвентиляционного типа. В связи с тем, что рабочие лопатки содержатся не на всей окружности рабочего колеса, а при этом сопла в сопловом аппарате размещены по всей окружности, то это обстоятельство оказывает очень большое влияние на характер течения потока в сопловом аппарате. Прежде всего, особенности работы соплового аппарата заключаются в том, что при вращении рабочего колеса сопла работают в режиме периодического открытия и закрытия, чего не наблюдается у турбин традиционного типа. А такие режимы работы сопел неизбежно отражаются на характере течения потока в них и на величине потерь кинетической энергии. В связи с этим, возникает задача по проведению численного эксперимента на базе программного комплекса вычислительной гидродинамики с необходимостью определения поля скоростей в проточной части турбины в условиях периодического открытия и закрытия крайних сопел. В работе используется метод численного моделирования трехмерного течения потока в среде программного комплекса вычислительной гидродинамики. В качестве основной наиболее подходящей модели используется – нестационарная модель URANS. В ходе проведенного исследования были получены следующие результаты работы: поле числа Маха в проточной части турбины на различных режимах открытия и закрытия сопла, значения коэффициента скорости соплового аппарата, и коэффициента полезного действия турбинной ступени. This paper discusses the flow features in the flow channel of an inflow low-consumption turbine with fractional blading of the rotor wheel. Such turbines belong to the design class of turbines of the so-called non-ventilation type. Due to the fact that the rotor blades are not contained on the entire pitch circle, while the nozzles in the nozzle diaphragm are placed around the entire circuit, this circumstance has a great influence on the flow regime in the nozzle diaphragm. First of all, the features of the nozzle diaphragm are that during the rotor wheel rotation the nozzles operate in the repetitive opening and closing mode, which is not observed in traditional type turbines. And such nozzles operating modes inevitably affect the regime of its flow and the kinetic energy loss. Thereby, a numerical experiment was conducted on the basis of the computational fluid dynamics software package with the need to determine the velocity field in the flow channel of the turbine in the conditions of periodic opening and closing of the extreme nozzles. This paper discusses uses the method of numerical simulation of three-dimensional flow using the of the computational fluid dynamics software package. The most suitable model is the non – stationary URANS model. In the course of the experiment, the following results were obtained: the Mach number in the flow channel of turbine on different modes of opening and closing the nozzle, the value of the speed coefficient of the nozzle diaphragm, and efficiency of turbine stages.