Повышение качества проектирования малорасходных ступеней центробежных компрессоров за счет верификации и валидации расчетных CFD моделей

Автор: Иванов В.М., Кожухов Ю.В., Данилишин А.М.

Журнал: Известия Самарского научного центра Российской академии наук @izvestiya-ssc

Статья в выпуске: 6 т.22, 2020 года.

Бесплатный доступ

Качество производимых центробежных компрессоров во многом зависит от качества проектирования проточной части. В целях проведения качественного проектирования малорасходных ступеней центробежных компрессоров в данной работе проводится верификация и валидация численной модели малорасходной ступени, которые основаны на современных методах вычислительной газодинамики - CFD (computational fluid dynamics) как части CALS технологий. В численной модели ступени моделировались зазоры и лабиринтные уплотнения. Рассмотрены вопросы использования межсеточных интерфейсов, применения моделей турбулентности и шероховатости. Полученные настройки численной модели использовались для валидации семи модельных ступеней на диапазон оптимального условного коэффициента расхода Φопт=0.008-0.018 при Mu=0.785-0.804. Результаты моделирования сравнивались с экспериментальными данными.

Еще

Центробежный компрессор, качественное проектирование, малорасходные ступени, вычислительная газодинамика, вязкий трехмерный поток

Короткий адрес: https://sciup.org/148314250

IDR: 148314250 | DOI: 10.37313/1990-5378-2020-22-6-48-56

Список литературы Повышение качества проектирования малорасходных ступеней центробежных компрессоров за счет верификации и валидации расчетных CFD моделей

Seleznev, K.P., Strizhak, L.Ya. Thermogasdynamical basis for the high and ultra-high pressure compressor design // Khimicheskoe I Neftegazovoe Mashinostroenie. 1995. № 11. С. 8-15.
Danilishin, A.M., Kozhukhov, Y.V., Kartashov, S.V., Lebedev, A.A., Malev, K.G., Mironov, Y.R. Design optimization opportunity of the end stage output plenum chamber of the centrifugal compressor for gas pumping unit // AIP Conference Proceedings, 2007, № 30044. DOI: 10.1063/1.5051905
Leilei Han, Fubao Li, Ning Li, Haiyang Zhou, Lihui Jiang, Zongyang Wang. The Development of High Efficiency Integrally Geared Driven Multistage Centrifugal Compressor // International Journal of Fluid Mechanics & Thermal Sciences. Special Issue: Fluid Mechanics & Thermal Sciences in Turbomachines. Vol. 6, No. 2, 2020, pp. 53-60. DOI: 10.11648/j.ijfmts.20200602.12
Чеглаков И.В., Кожухов Ю.В. Результаты моделирования пространственного течения в радиальном рабочем колесе центробежного компрессора с применением программного пакета Fine/Turbo // В сборнике: Неделя Науки СПбГПУ «Материалы научно-практической конференции с международным участием». Институт энергетики и транспортных систем. 2014. С. 221-223.
Aytaq F. Z. and Yucel N. Development of a design methodology for a centrifugal compressor with the utilization of CFD // Politeknik Dergisi, 23(1): 231239, (2020). DOI: 10.2339/politeknik.658358
Danilishin A.M., Kozhukhov Y.V., Neverov V.V., Malev K.G., Mironov Y.R. The task of validation of gas-dynamic characteristics of a multistage centrifugal compressor for a natural gas booster compressor station // AIP Conference Proceedings. «Oil and Gas Engineering, OGE 2017» 2017. С. 020046. D0I:10.1063/1.4998866.
Рахманина Л.А., Аксенов А.А. Исследование влияния неравномерного распределения абсолютной скорости потока на входе в осерадиальное рабочее колесо центробежного компрессора с применением методов численного моделирования в Ansys CFX // Компрессорные технологии. 2019. №2. С. 18-25.
Standard for Verification and Validation in Computational Fluid Dynamics and Heat Transfer // An American national standard/ The American national standard ASME V&V 20-2009, 2009, 100 p.
Воронова, Ю.А. Численное исследование течения вязкого газа в малорасходном центробежном колесе канального типа / Ю.А. Воронова, К.П. Селезнев, Н.И. Садовский, Л.Я. Стрижак, И.П. Сусли-на, В. Рисс, Е. Еттер // Энергетические машины и установки. Труды СПбГТУ. 1997. №465. С. 3-8.
10] I, Biba & A, Nye & Liu, Zheji. (2002). Performance Evaluation and Fluid Flow Analysis in Low Flow Stages of Industrial Centrifugal Compressor // International Journal of Rotating Machinery. 8. DOI: 10.1080/1023-620291910734.
Kiryll Kabalyk, Wladyslaw Kryllowicz. Numerical modeling of the performance of a centrifugal compressor impeller with low inlet flow coefficient. Transactions IFFM 131(2016) 97-109.
Tanaka, M., Kobayashi, H., & Nishida, H. (2008). Development of Wedge Type Impellers for Low Specific Speed Centrifugal Compressors. Volume 5: Design, Analysis, Control and Diagnosis of Fluid Power Systems. doi:10.1115/imece2008-66571
C. Lettieri, N. Baltadjiev, M. Casey and Z. Spakovszky. Low-Flow-Coefficient Centrifugal Compress.or Design for Supercritical CO2 // J. Turbomach 136(8), 081008 (Jan 31, 2014) (9 pages)
Hazby, H., Casey, M., and Brezina, L. (June 3, 2019). Effect of Leakage Flows on the Performance of a Family of Inline Centrifugal Compressors // ASME. J. Turbomach. September 2019; 141(9): 091006. https://doi.org/10.1115/1.4043786.
Яблоков А.М., Кожухов Ю.В., Лебедев А.А. Исследование течения в малорасходной ступени центробежного компрессора методами вычислительной газодинамики // Научно-технические ведомости СПбГПУ. 2015. Вып. 4(231). С. 59 - 69.
Карташов С.В., Кожухов Ю.В. Обоснование выбора расчетной области в задачах моделирования вязкого потока в малорасходных ступенях центробежного компрессора // Холодильная техника. 2020. № 1. С. 22 - 27.
Яблоков А.М., Штаничев Р.А., Садовский Н.И., Кожухов Ю.В. Исследование влияния величины осевого зазора между покрывающим диском рабочего колеса и корпусом центробежного компрессора на газодинамические характеристики малорасходной модельной ступени // Вестник Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана. Серия Машиностроение. 2020. №5 (134). С. 106-120.
Lyubov Gileva, Sergey Kartashov, Anatoliy Zuev and Vyacheslav Ivanov. Verification of the CFD calculation for the centrifugal compressor medium flow model stages with the help of supercomputer // MATEC Web Conf., 245 (2018) 09011. DOI: 10.1051/ matecconf/201824509011
Неверов В.В., Кожухов Ю.В., Яблоков А.М., Лебедев А.А. Расчетная модель при численной оптимизации рабочих колес центробежных компрессоров // Научно-технические ведомости Санкт-Петербургского государственного политехнического университета. 2016. № 4 (254). С. 45-58.
Стрижак, Л.Я. Исследование центробежных компрессоров высокого и сверхвысокого давления [Электронный ресурс] / Л.Я. Стрижак. — Электрон. текстовые дан. (1 файл : 796 Кб) // Труды научной школы компрессоростроения СПбГТУ [Электронный ресурс]: (Сб.реф. ст. по публикациям и работам основателя науч. шк. проф. К.П.Селезнева и его учеников). — Загл. с титул. экрана. — Электрон. версия печ. публикации 2000 г. — Доступ из локальной сети ИБК СПбПУ (чтение). — Текстовый файл. — Adobe Acrobat Reader 4.0. — URL: http://elib.spbstu.ru/dl/ local/107.pdf (дата обращения 14.11.2020).
ISO 5389:2005. Turbocompressors — Performance test code.
Aksenov A., Kozhukhov Y., Sokolov M., Simonov A. Analysis and modernization of real gas thermodynamic calculation for turbocompressors and detander units // MATEC Web of Conferences 245, 09005 (2018).DOI: 10.1051/matecconf/201824509005
Иванов В.М., Кожухов Ю.В. Результаты численного моделирования вязкого потока в малорасходных ступенях центробежных компрессоров как основа создания математической модели напора // Холодильная техника. №3. 2020. С. 24 - 29.
Simon, H., andBulskamper, A. (April 1, 1984). On the Evaluation of Reynolds Number and Relative Surface Roughness Effects on Centrifugal Compressor Performance Based on Systematic Experimental Investigations // ASME. J. Eng. Gas Turbines Power. April 1984; 106(2): 489-498. https://doi. org/10.1115/1.3239592
Яблоков А.М., Кожухов Ю.В., Садовский Н.И. Численное исследование влияния эквивалентной песочной шероховатости рабочего колеса на характеристики малорасходной ступени центробежного компрессора // Вестник Международной академии холода. 2020. № 4. С. 3-11. DOI: 10.17586/1606 4313 2020 19 4-3-11
Иванов В.М., Кожухов Ю.В. Математическая модель напора малорасходных рабочих колес до-жимных центробежных компрессоров тепловых электростанций. Новое в российской электроэнергетике. 2019. №12. С. 12-20.
Ваняшов А.Д., Карабанова В.В., Сорокин М.А. Технико-экономическое обоснование замены СПЧ на Сеноманских ДКС Уренгойского месторождения // Компрессорные технологии. 2019. №1. С. 30-33.

Еще

Статья научная