Задание начальных условий и нагрузок
Задание граничных условий - один из ответственных этапов конечно-элементного анализа. Так, например, жесткое закрепление вдоль одной или более осей служит для того, чтобы перемещения модели соответствовали перемещениям реального объекта в заданных точках. При этом перемещения могут приобретать как нулевые значение - фиксация по всем степеням свободы, так и ненулевые значения - фиксация по части степеней свободы. Кроме перемещений в качестве граничных условий могут использоваться нагрузки. Граничные условия могут прикладываться только к узлам. Максимальное число граничных условий в узле равно числу его степеней свободы - 3 силы или 3 перемещения. Число граничных условий должно быть минимально необходимым, не больше. Не следует фиксировать все степени свободы элемента, не следует прикладывать силу в узле в том же направлении, в котором зафиксировано смещение. Схема размещения граничных условий зависит от вида нагружения. Если конструкция имеет оси или плоскости симметрии, то нет необходимости моделировать конструкцию целиком, достаточно ее части, имея в виду, что в точках на плоскостях симметрии соответствующие перемещения равны нулю [12].
Задание начальных условий и нагрузок должно производиться с учетом того, какие результаты от решения нам необходимы. В данной задаче наиболее интересующими нас параметрами являются скорость потока и его температура. Следовательно, основными нагрузками будут скорость (velocity) и температура (temperature).
|
|
|
К граничным условиям относится задание стенок камеры сгорания. Скорость узлов у них приравнена к нулю (Vx = 0 и Vy = 0). Допущением является то, что модель не учитывает излучение, принимаемое стенками от пламени. Вместо этого, на них наложена термальная нагрузка в виде функциональной зависимости от значения нагрузок на входящие потоки воздуха и топливного газа.
Далее необходимо задать значения скорости и температуры на входящие потоки воздуха и топливного газа. Скорость воздушного потока из компрессора определяется для каждого сечения входа отдельно, так как скорость - величина векторная и требует задания координат. В результате простых геометрических расчетов получены значения каждого из компонентов этих векторов. Аналогично для входного потока топливного газа определяем направление результирующего вектора и высчитываем каждую компоненту.
Температуры воздуха и газа задаются в соответствии с требованиями стабильности пламени, но могут изменяться в экспериментах, если эти требования еще не сформулированы и подлежат анализу.
В зависимости от значения скорости и температур входных потоков у нас будут изменяться такие показатели, как температура стенок камеры, распределение потоков, вид поля распределения температур по плоскости сечения камеры и другие параметры.
|
|
|
Одно из применений методики, предлагаемой в работе, заключается именно в изменении данных входных потоков для исследования геометрии камеры сгорания турбины. Исследование геометрии предполагает выявить основные элементы конструкции, которые наибольшим образом влияют на распределение потоков газа в камере. Если по прошествии некоторого числа экспериментов выясняется, что это влияние нежелательно, то геометрию можно изменить и начать эксперименты заново. Скорость нахождения оптимума при необходимости необходимо ускорить аналитическими расчетами.
К сожалению, версия пакета, в которой проводилась разработка дипломного проекта, не обладает возможностью моделирования реакции горения [8]. Из современных инженерных пакетов серии ANSYS такими возможностями обладает модуль CFX, который введен в состав полнофункциональной версии ANSYS 10.0. Исходя из этого, добиться необходимой точности решения, можно только имея в наличии аналитический тепловой расчет камеры сгорания. В рамках данного дипломного проекта предполагается создать эмуляцию пламени фиксированного размера и с варьируемой температурой. Кроме того, чтобы добиться приемлемых результатов и для расчета переноса вещества, было решено создать поле обратных скоростей. Поле обратных скоростей имитирует участие в реакции горения кислорода атмосферного воздуха, который подается компрессором в камеру сгорания. Параметры этих имитаторов находятся в зависимости от параметров входящих газов. Зависимость определена опытным путем.
|
|
|
Для того чтобы обозначить выход модели, необходимо задать нулевое давление на конце жаровой трубы. Это давление является обязательным граничным условием для решения задачи распределения потоков.
На этом построение конечно-элементной модели камеры сгорания газовой турбины можно считать завершенным. Результат представлен на рисунке 3.4 Красным цветом показаны нагрузки типа скорость (Velocity), желтым - температурные (Temperature), зеленым - давления (Pressure).
Рисунок 3.4 - Конечно-элементная модель камеры сгорания газовой турбины V64.3A
Далее следует выбор стратегии решения и выполнение программой расчетных итераций.
Дата добавления: 2018-09-22; просмотров: 210; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!