МОДЕЛЮВАННЯ НЕСТАЦОНАРНОГО ТЕРМОНАПРУЖЕНОГО СТАНУ ЛОПАТКИ ГТУ

Анотація

У роботі пропонується методика наближеного розрахунку температурного поля турбінної лопатки при нестаціонарному режимі засобами CFD-моделювання. Як засіб моделювання використовувалася академічна версія програмного комплексу ANSYS-Fluent.

У роботі були розраховані локальні значення коефіцієнта тепловіддачі по контуру профілю лопатки. Попередньо було проведено розрахунок швидкості течії газу в криволінійному міжлопатковому каналі для визначення розподілу швидкості потоку газу уздовж опуклої й увігнутої поверхонь лопатки. Порівняння отриманих таким чином даних з результатом обробки досвіду, проведеного на турбіні, показує, що в умовах реальної обертається установки теплообмін до поверхні лопатки був приблизно в 2 рази вище. Найбільш імовірною причиною такої розбіжності є більш ранній початок переходу до турбулентному прикордонному шарі на поверхні лопатки в реальних умовах високої турбулентності набігаючого потоку. Розрахунки свідчать, що в разі різкої зміни температури газу найбільша різниця температур в лопатці виникає через кілька секунд і досягає 50 ... 90% від величини зміни температури газу, а в лопатках з тонкими крайками - близька до цього значення. Збільшення товщини кромок дозволяє значно знизити нерівномірність температури в лопатках при різких змінах температури газу.

З метою виявлення характеру напруженого стану лопаток при різних режимах роботи газотурбінної установки, були розраховані температурні напруги в лопатці. Розрахунок проводився для усереднених по Мизесу напруг s в поперечному перерізі нерівномірно нагрітої лопатки. При запуску установки максимум зусиль виникав через 30 ... 40 секунд після початку розвороту ротора майже одночасно з виникненням максимуму різниці температур кромок та центральній частині перетину. Найбільші значення напруг мали місце в області вхідної крайки, де вони перевищували 680 МПа на стиск. Надалі температурні напруги зменшувалися і навіть міняли знак через процес охолодження лопатки, перегрітої при закиданні температури газу.

Ключові слова: CFD-модель, твердотільне моделювання, температурне поле, перо лопатки, тепловіддача, газотурбінна установка.