CFD modeling of multiphase flows in the gas turbine engines oil cavities

Abstract

Обґрунтовано вибір структури математичної моделі теплогідравлічних процесів в масляних порожнинах опор ротора ГТД. Сформована тривимірна CFD-модель для розрахунку багатофазних течій з використанням інформації про потокорозподіл і теплообмін, що представлені в науковій літературі. Розглянуті підходи і окремі моделі, що використовуються для даних цілей. Отримані рішення узгоджуються з результатами експерименту на модельній опорі і загальноприйнятими уявленнями про процеси в пристроях цьому класу. Приведені розподіл масла в камері, лінії течії фаз, поля температури і швидкості, а також вектори швидкості для різних CFD-моделей (VOF, Euler, Inhomogeneous) і типів вирішувача (стаціонарний і нестаціонарний). На основі аналізу отриманих результатів встановлено, що модель Euler з використанням нестаціонарного вирішувача дає найменшу розбіжність з експериментальними значеннями коефіцієнта тепловіддачі. В усіх випадках при врахуванні сили тяжіння має місце асиметричний розподіл масляної плівки. В результаті змінюється термічний опір пограничного шару і, отже, коефіцієнт тепловіддачі по окружності камери підшипника. Це в значній мірі визначає тепловий потік через стінку камери. Запропонований метод моделювання робочого процесу в масляній порожнині опори базується на математичному описанні гетерогенного монодисперсного масляно-повітряного потоку з умовою інверсії структури двофазного потоку в пристінній області з краплинної у бульбашкову. Це дозволяє більш точно розраховувати температурний стан елементів опори ротора ГТД і системи забезпечення працездатності підшипника шляхом коректного визначення коефіцієнта тепловіддачі з боку масляно-повітряної суміші. Розроблена модель дає можливість чисельно досліджувати дієздатність відомих і отримати нові кореляційні залежності для середнього значення коефіцієнта тепловіддачі в масляній порожнині опори ротора, використовуваного при інженерних розрахунках. Також дозволяє чисельно досліджувати вплив геометрії, частоти обертання ротора і витрат фаз на тепловіддачу в масляній порожниниКлючовi слова: чисельне моделювання, багатофазні потоки, масляна порожнина, масло-повітряна суміш, коефіцієнт тепловіддачі UDC 629.7.036.3

Математичне Моделювання Пристінної Оливної Плівки В Камері Підшипника ГТД

“…Додаткові труднощі обумовлені наявністю двофазного потоку, структура якого змінюється від повітряно-крапельної у ядрі до практично рідинної у пристінній оливній плівці. Наявні результати досліджень свідчать, що навіть тривимірне CFD-моделювання такого потоку повністю задачу не вирішує [2]. При цьому час розрахунку великий, а результати потребують, як мінімум, вибіркової експериментальної перевірки.…”