Подготовка и проведение расчетов
Расчет термодинамики газов внутри камеры сгорания необходимо проводить в несколько этапов. Этап в инженерном пакете ANSYS именуется шагом решения.
Модель, как было указано выше, является нерегулярной. Вследствие этого, при решении задачи переноса вещества, появляется такое явление как турбулентность. Расчет турбулентного потока несколько отличается от расчета ламинарного. Здесь отдельно решаются уравнения переноса вещества и уравнения энергии вещества. Из этого и вытекает необходимость нескольких шагов.
На первом шаге компоненты переноса не выделяются. Уравнения переноса решаются с воздухом в системе СИ. Для решения на данном шаге необходимо небольшое количество итераций и в данном случае оно равно 50. Командный код этого шага представлен в листинге 1.
Листинг 1 - Первый шаг решения
На втором шаге мы переходим к заданию параметров многокомпонентного переноса вещества. Компонентами в данном случае будут являться топливный газ и атмосферный воздух из компрессора. Для этого сначала задаем количество компонентов и параметры плотности и вязкости с учетом смеси, включаем опцию многокомпонентного переноса в настройках решателя.
Одна из основных задач на этом шаге это настройка параметров каждого из компонентов. К настраиваемым параметрам относятся, прежде всего, физические свойства компонентов, настройки решателя и сходимости результатов решения. Значения химических и термодинамических свойств компонентов приведены в таблице 3 и были взяты из справочника [16].
|
|
|
Таблица 3 - Основные свойства компонентов газовой смеси
| Параметр | Топливный газ | Воздух из компрессора |
| Название | gas | voz |
| Молекулярная масса | 16.04 | 28.96 |
| Плотность при нормальных условиях | 0.7168 | 1.2928 |
| Варьирование плотности | да | да |
| Вязкость при нормальных условиях | 1.786E-005 | 1.2067E-005 |
| Варьирование вязкости | да | да |
| Теплопроводность | 0.02598 | 0.02674 |
| Коэффициент массовой диффузии | 2.601E-005 | 2.149E-005 |
После установки свойств компонентов и настройки решателя необходимо дополнить спроектированную конечно-элементную модель компонентными нагрузками, которые определяют пропорции веществ в зонах их притока. В нашем случае топливный газ и воздух из компрессора предварительно не смешиваются и поступают в зону распыления "чистыми", т.е. коэффициент присутствия у каждого будет по единице в своей области. Для воздуха областями, как известно, являются оба участка сечения вокруг форсунки, а для топливного газа соответственно выход форсунки.
После задания компонентных нагрузок все настройки многокомпонентного решения сделаны. Далее необходимо указать число итераций, в нашем случае их 100. На этом очередной шаг решения завершен. Его командный код представлен в листинге 2.
|
|
|
Листинг 2 - Второй шаг решения
На следующем этапе необходимо решить уравнение энергии для получения распределения температур по рабочей области. Для этого отключаем расчет переноса вещества и включаем опцию решения уравнения энергии.
Для улучшения точности и быстродействия меняем метод решения по температуре, установленный по умолчанию, на более сложный метод PCCR. Он наиболее подходит для решения такого рода задач, так как точность его в турбулентном потоке лучше. Для решения уравнений энергии нам необходимо не более 50 итераций. Командный код этого шага представлен в листинге 3.
Листинг 3 - Третий шаг решения
! Подготовка к решению уравнений энергии
flda,solu,temp,t! Включить решатель уравнения энергии вещества
flda,solu,flow,f! заморозить поле потока
flda,meth,temp,3! Активировать решатель PCCR
flda,conv,temp,1. e-8! Критерий сходимости для PCCR
flda, iter,exec,50! Для решения необходимо несколько итераций
flda,relx,temp,1.0! Отсутствует релаксация на температуру
save
solve! Решение уравнения энергии
Следующим шагом будет совместное решение уравнений энергии и переноса вещества. При этом включается опция расчета потоков и устанавливается необходимое число итераций. Для первичной обработки нужно около 50 итераций. Полученный результат для улучшения сходимости решения обрабатываем еще раз с числом итераций 100. Командный код этого шага представлен в листинге 4.
|
|
|
После уведомления об успешном решении, предварительный расчет камеры сгорания завершен. Данные расчетов можно просмотреть в интерактивном режиме в основном постпроцессоре (General Post). Но для получения более точного с физической точки зрения решения, необходимо учесть то, что поток в камере сгорания является сжимаемым. Это можно определить и из геометрии объекта, которая имеет вид сопла, и из того, что воздух компрессора нагнетается под давлением, поступая с очень большой скоростью.
Листинг 4 - Четвертый шаг решения
О том, что поток сжимаемый, можно судить и по выходной скорости отработавших газов. Если она близка к скорости звука, то поток в сопле считается сжимаемым. Скорость звука в газе равна примерно 514 (м/с). В нашем расчете скорость выходного потока составляет примерно 600-750 (м/с). Следовательно, поток можно считать сжимаемым. Для решения уравнений переноса в этом случае ANSYS позволяет включить дополнительную опцию расчета сжимаемого потока.
|
|
|
Следующим шагом решения будет применения более сложной модели турбулентности. Усовершенствование модели турбулентности связано с тем, что поток, как мы выяснили, является сжимаемым. А для расчета сжимаемых течений модель по умолчанию не дает эффективного решения.
После просчета 100 итераций с новой моделью, необходимо снова решить отдельно уравнение энергии. Для этого отключаем опцию переноса вещества и проводим еще 100 итераций. После завершения просчета, запускаем совместное решение с тем же числом итераций. Сжимаемый поток рассчитан. Командный код расчета представлен в листинге 5.
Листинг 5 - Пятый, шестой и седьмой шаги решения
Комплексный расчет камеры сгорания газовой турбины на этом завершен. Полный листинг программы находится в приложении А.
Дата добавления: 2018-09-22; просмотров: 184; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!