Авторские права © 2007-2019 "Саровский Инженерный Центр"​
Технопарк «Саров»
607328, Сатис, ул. Парковая, д. 3
Тел. +7 (83130) 6 76 01
Email: info@saec.ru
Нижний Новгород

603105, ул. Ошарская, 77А, офис 410
Тел: +7 (831) 469 03 41
Email: nn@saec.ru

Отрасли
Турбомашиностроение

Революционная методика для решения периодически повторяющихся турбулентных потоков с минимальными вычислительными затратами

 

Использование CFD-метода для расчёта турбомашин прошло долгий путь становления, начиная с 2D метода расчёта невязкого потока «от лопатки к лопатке» 1960-х гг. Недавние усовершенствования метода гармонического баланса подтвердили, что сегодня численное моделирование играет важную роль в разработке турбомашин.

 

В общем, турбомашины представляют собой многоступенчатое устройство с неравномерным вращением статора и ротора. Большинство потоков имеют крайне неустойчивый характер.

 

Выбор между стационарными и переходными методами решения для такого рода задач зависит от наличия правильного баланса между вычислительными затратами, точностью и эффективностью.

 

Нелинейный метод гармонического баланса STAR-CCM+ - это абсолютно новый вычислительный подход, предлагающий все преимущества обоих методов расчёта периодических потоков.

 

Метод гармонического баланса STAR-CCM+ представляет собой полное разложение уравнений Навье-Стокса в частотной области, где нестационарный переходный поток представлен в частотной области в виде ряда (преобразования) Фурье во времени.

 

Все уравнения переноса импульсов, энергии и турбулентности раскладываются в частотной области на основе базовых режимов движения, как правило, режим частоты вращения лопаток и режим повторяющихся волновых колебаний. Чтобы получить коэффициенты Фурье, решаются стационарные уравнения, представляющие нестационарное решение на уровнях дискретного времени в одном нестационарном периоде.

На рисунке показана сетка ротора/статора

Необходимое число временных уровней зависит от числа режимов задачи. Стационарное решение на каждом временном уровне неявно связано в периодических границах физическими производными по времени.

 

Линейная система затем подвергается приближённой факторизации для достижения неявного связывания между временными уровнями.

 

Применение


Турбомашины с осевым потоком – это устройства, которые были одни из первых смоделированы с помощью метода гармонического баланса, хотя метод также может применяться и к центробежным машинам. В принципе, метод может применяться к широкому кругу физических задач при условии, что задача периодична во времени. Примеры использования:

флаттер, вынужденная (ответная) реакция, перенос тепла, производительность (эффективность) и акустика.

 

Преимущества

 

Главное преимущество метода гармонического баланса заключается в том, что он позволяет решать задачи с нестационарными потоками с помощью технологий расчёта стационарного потока. Это означает, что метод рассчитывает быстрее и отсюда более экономно с точки зрения вычислительных затрат.