Frequency-domain method for multistage turbomachine tone noise calculation

Abstract

A method of frequency-domain calculation of the multistage turbomachinery tone noise is presented. The method is based on the kinematic relations featuring dependence of flow fields in a turbomachine on time and circumferential angle. It solves the flow in several blade passages inside each row and can be used in conjunction with nonlinear equations. The method is developed at Central Institute of Aviation Motor and implemented in the Three Dimensional Acoustics Solver in-house solver. The multi-passage method is verified on two numerical problems. One is the tone noise generation by a 2D two stage turbine. The other is the problem of nonlinear interaction of circumferential modes in a 2D cylindrical channel.

Использование Осесимметричного Метода Гармонического Баланса Для Расчета Распространения Нестационарных Возмущений По Тракту Авиационного Двигателя

“…В линейном случае вычисление величин 2 mn R и C mn получаются просто подстановкой вектора U mn в выражения для потоков. Таким образом, для отдельной моды заданное в трехмерной области уравнение (2) сводится к заданному в двухмерной области уравнению (11), которое может быть решено на любом меридиональном сечении расчетной области [4]. Это позволяет свести трехмерную задачу к набору двумерных, снизив требование к вычислительным ресурсам.…”

“…Программный комплекс 3DAS позволяет проводить расчеты как во временной области [4,5], так и в частотной области для наперед заданного набора гармоник [4, 911]. Расчет в частотной области может проводиться с использованием как линейных [4,10,11], так и нелинейных невязких уравнений для возмущений [9,11]. Методика нелинейного расчета в частотной области основана на методе гармонического баланса [6,7].…”

“…В качестве тестовой задачи в работе рассмотрена модельная задача расчета нелинейного взаимодействия акустических мод в 2D цилиндрическом канале. Моды, взаимодействие которых исследуется, соответствуют тем, которые ранее рассматривались в [11]. Там была предложена методика расчета взаимодействий в многоступенчатых турбомашинах в частотной области с учетом нелинейных эффектов.…”

“…Там была предложена методика расчета взаимодействий в многоступенчатых турбомашинах в частотной области с учетом нелинейных эффектов. Задача о нелинейном взаимодействии мод была использована для того, чтобы продемонстрировать, что описанный в [11] метод расчета позволяет описать нелинейное взаимодействие мод, образующихся при взаимодействии венцов, при проведении расчета в частотной области. При этом как расчет во временной области, так и расчет в частотной области проводились на двумерных расчетных сетках.…”

“…Итерирование по времени осуществляется с использованием метода Рунге-Кутта. Примеры расчетов, выполненных с использованием реализованного в программном комплексе 3DAS метода баланса гармоник, можно найти в работах [9,11].…”