Averaging Unsteady Non-Uniform Flow in Turbomashines for Efficiency Estimation

Abstract

Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь, Россия ОСРЕДНЕНИЕ НЕСТАЦИОНАРНЫХ НЕОДНОРОДНЫХ ПОТОКОВ В ТУРБОМАШИНАХ ДЛЯ ОЦЕНКИ ИХ КПДРассматривается подход к осреднению нестационарного неоднородного по пространству потока, основанный на использовании всех четырех уравнений сохранения (массы, энергии, импульса и энтропии). В качестве четвертой неза-висимой переменной наряду с полным и статическим давлением и полной температурой используется измеренная пульсация скорости потока, квадрат которой, осредненный по времени, осредняется затем по расходу с использовани-ем уравнения сохранения потока энтропии. В результате система всех четырех уравнений сохранения становится замкнутой. На основании численного моделирования нестационарного потока в межлопаточном канале турбины и в осевом зазоре между сопловым аппаратом и рабочим колесом показаны особенности генерации и конвекции потока эн-тропии и существенное влияние нестационарности на формирование граничных условий вниз по потоку, а следова-тельно, и на оценку КПД. Генерация потока энтропии была получена с помощью метода прямого численного моделиро-вания.Ключевые слова: турбомашины, КПД турбомашин, осреднение параметров газового потока, нестационарное течение, пульсации скорости, пространственная неоднородность потока, численное моделирование течения в турбине, генерация потока энтропии. V.G. AvgustinovichPerm National Research Polytechnic University, Perm, Russian Federation AVERAGING UNSTEADY NON-UNIFORM FLOW IN TURBOMASHINES FOR EFFICIENCY ESTIMATIONApproach to averaging of unsteady non-uniform flow based on all four conservation equations (mass, energy, enthalpy, enthropy) using is presented. Fourth independent variable quantity (together with total and static pressure, total temperature) is measured and averaged on time velocity pulsation square. Velocity pulsation square is averaged further on mass flow proceeding from enthropy flow conservation. In result all four conservation equations system is closed. Peculiarities of enthropy flow generating and convection in turbine blade passage on base numerical simulation are presented. Enthropy generation is valued with using of direct numerical simulation procedure. The unsteady influence on confine conditions is also presented.Keywords: turbomashine, efficiency, flow parameters averaging, unsteady flow, velocity pulsations, non-uniform flow, numerical simulation of flow in turbomashines, enthropy flow generation.При экспериментальном определении коэффициентов полезного действия (КПД) турбо-машин и газотурбинных двигателей традиционно используется методика осреднения неодно-родных потоков, основанная на приведении реального трехмерного нестационарного потока к одномерному на базе сохранения термодинамических свойств реального потока (потоков массы, энтальпии, количества движения-импульса и энтропии). Это обусловлено тем, что при-нято оценивать эффективность преобразования теплосодержания в механическую работу од-ним числом (КПД), т.е. интегрально. Как правило, мощность на валу турбомашины не...