Создание расчётной модели

На основе созданной в предыдущем разделе сетки создаётся расчётная модель путём наложения граничных условий, параметров моделируемых процессов и задания настроек решателя. Основные параметры работы турбины приведены в таблице 2 [1].

Таблица 2 - Основные режимные параметры одноступенчатой автономной турбины

№	Наименование параметра	Обозначение	Размерность	Значение параметра
	Мощность турбины	NT	кВт
	Массовый расход рабочего тела		кг/с	0, 978
	Угловая скорость вращения вала турбины (частота вращения вала турбины)	ω (n)	c-1 (об/мин)	(32000)
	Давление рабочего тела на входе в сопловой аппарат		кПа
	Температура торможения рабочего тела на входе в сопловой аппарат		К
	Давление рабочего тела на выходе из рабочего колеса	p2	кПа
	Газовая постоянная рабочего тела	R	Дж/кг× К	448, 2
	Показатель изоэнтропы рабочего тела	k	-	1, 254

Далее приведено пошаговое описания задания этих условий моделирования на имеющуюся сеточную модель.

Шаг 44. Запустить препроцессор, дважды щелкнув по элементу Setup (см. рисунок 37).

Далее необходимо задать рабочее тело в соответствии с табл. 2 путём модификации свойств воздуха: молярной массы и теплоёмкости. Молярная масса вычисляется как:

Теплоёмкость вычисляется как

Шаг 45. Переименовать воздух в генераторный газ. Для этого в дереве проекта нужно развернуть список веществ (), найти там воздух с параметрами идеального газа () и переименовать его в «gg» (генераторный газ), используя пункт ‘ ’ контекстного меню.

Шаг 46. Модифицировать свойства генераторного газа. Для этого нужно открыть окно параметров рабочего тела, дважды щёлкнув по элементу «gg» левой кнопкой мыши (рисунок 38). На вкладке Basic Settings (основные настройки) не нужно ничего менять, а на вкладке Material Properties (Свойства вещества) нужно задать вычисленные значения молярной массы и теплоёмкости в соответствующие поля. Следует обратить внимание, что все числовые параметры в CFX задаются с точкой в качестве разделителя целой и дробной части. Запятую CFX воспринимает как неверный символ. По завершении задания свойств нужно закрыть окно, нажав ОК.

Рисунок 38 - Параметры рабочего тела

Шаг 45. Создать расчётную зону для СА. Для этого выполнить команду главного меню Insert ‑ > . Затем задать имя новой зоны - «SA» (рисунок 39).

Рисунок 39 - Добавление новой расчётной зоны

Шаг 46. Задать основные параметры (Basic Settings) зоны SA. Для этого на первой вкладке задать размещение (Location) зоны SA - на геометрии СА, выбрав один из двух пунктов. В качестве вещества (Material) выбрать gg (рисунок 40). Reference Pressure установить 0. Нажать Apply.

Рисунок 40 - Задание параметров зоны SA

Шаг 47. Задать модели потока (Fluid Models) зоны SA. Для этого нужно перейти на вторую вкладку и там указать параметр теплопереноса (Heat Transfer) - Total Energy. По окончании нажать OK.

Шаг 48. Аналогичным образом задать добавить зону потока RK, повторяя шаги 45-47. В качестве размещения (Locations) второй зоны указать элемент РК. Кроме того, необходимо задать опцию движения зоны (Domain Motion) - вращение (Rotating) и указать скорость вращения (рисунок 41) В результате проект должен содержать две зоны (рисунок 42).

Шаг 49. Создать интерфейс перехода потока из выхода SA (outletSA) на вход RK (inletRK). Для этого добавить интерфейс Insert ‑ > , согласиться с его названием «Domain Interface 1» задать в качестве первой стороны (Side 1) - зону SA и границу outletSA, в качестве второй стороны (Side 2) - зону RK и границу inletRK (рисунок 43). Также нужно задать модель смешения потоков (Mixing Model) Stage (ступень).

Шаг 50. Создать входную границу на СА:

Insert ‑ > -> in SA.

Назвать границу «inlet» (рисунок 44), задать параметры:

Location ‑ > inletSA,

Total Pressure -> 5200 kPa

Total Temperature -> 1000 K

Рисунок 41 - Создание зоны RK и задание её вращения   Рисунок 42 - Результат создания расчётных зон SA и RK

Рисунок 43 - Результат создания расчётных зон SA и RK

Шаг 51. Создать выходную границу на РК: Insert ‑ > -> in RK. Назвать границу «outlet» (рисунок 45), задать параметры:

Type -> Outlet

Location ‑ > outletRK,

Mass Flow Rate -> 16, 6 g/s

Расчёт выполняется в два этапа. На первом этапе на выходе устанавливается граничное условие расхода. Поскольку моделируется только один межлопаточный канал, то расход через него равен:

.

Рисунок 44 - Задание входного граничного условия

Рисунок 45 - Задание выходного граничного условия

Шаг 52. Создать периодическое граничное условие для РК. Для этого аналогично шагу 49 добавить интерфейс, назвав его «periodic», и задать в качестве сторон Side 1 и Side 2 границы РК «up» и «down», а тип интерфейса установить «Rotational Periodicity» (рисунок 46)

Рисунок 46 - Задание периодического граничного условия

В результате описанных выше манипуляций расчётная модель приобретет вид, представленный на рисунке 47. Далее нужно задать параметры решателя.

Шаг 53. Задать параметры решателя, используя элемент дерева проекта . Нужно установить максимальное количество итераций 40 (рисунок 48), этого достаточно для предварительного расчёта.

Рисунок 47 - Результат наложения граничных условий

Рисунок 48- Задание параметров решателя

Рисунок 49 - Результат описания задачи в препроцессоре

Шаг 54. Завершить построение модели, закрыв препроцессор. Проект должен выглядеть как показано на рисунке 49. Проект можно сохранить.