Анализ результатов расчёта

Для анализа результатов расчёта их необходимо представить. в виде полей параметров, линий тока, интегральных значений параметров. Эти процедуры выполняются в пост-процессоре. Полученные студентом результаты могут несколько отличаться от приведенных в данном пособии вследствие грубой сетки неполной сходимости расчёта, вызванной временными ограничениями практического занятия. Однако порядки параметров должны быть одинаковыми. В противном случае вероятнее всего расчёт выполнен с ошибкой.

Шаг 63. Запустить пост-процессор двойным щелчком на элементе Results (см. рисунок 53).

Шаг 64. Создать элемент визуализации потока Streamline (линии тока): Insert ‑ > . Задать его название и параметры (рисунок 56). Нажать Apply. Просмотреть картину потока (рисунок 57).

Рисунок 56 - Параметры элемента визуализации Streamline 1

Рисунок 57 - Результат визуализации Streamline 1

Шаг 65. Для лучшего отображения РК можно размножить зону RK. Для этого нужно открыть двойным щелчком элемент в дереве проекта и установить число копий - 59, а также поставить галочку Full Circle (полный круг) для автоматического определения угла поворота копий (рисунок 58). Если включить отображение непроницаемых границ РК, поставив в дереве проекта галочку у элемента , то картина приобретёт вид, показанный на рисунке 58.

Шаг 66. Для оценки интегральных параметров потока необходимо перейти на вкладку Calculators и выбрать (дважды щелкнуть) Function Calculator (рисунок 59).

Рисунок 59 - Включение калькулятора функций

Рисунок 58 - Включение отображения полного РК

Шаг 67. Используя калькулятор, нужно оценить (рисунок 60) значение расхода (massFlow) на входной границе (inlet) и крутящего момента (torque) относительно оси Z на непроницаемых стенках рабочего колеса (RK Default). Следует иметь ввиду, что крутящий момент определяется для одного межлопаточного канала РК, чтобы найти момент на колесе, нужно умножить его на количество лопаток:

M_колеса = M₁ ∙ z_к = 1, 22∙ 59 = 72 Н∙ м

Шаг 67. Для определения углов потока в характерных сечениях турбины необходимо вычислить проекционные составляющие скоростей потока. Для этого нужно перейти на вкладку Turbo (правее Calculators) и проинициализировать значения скоростей (нажать ), а затем опять вернуться на вкладку Calculators.

Шаг 69. Определить среднерасходные (massFlowAve) компоненты скорости для выхода из СА (Domain Interface Side 1): осевой (Velocity Axial) и окружной (Velocity Circumferential) составляющих скоростей (рисунок 61). На основе полученных значений скоростей нужно вычислить среднеинтегральный угол выхода потока из СА:

Рисунок 60 - Определение интегральных параметров потока

Рисунок 61 - Определение абсолютных скоростей на выходе из СА

Шаг 70. Аналогично шагу 69 определить среднерасходные (massFlowAve) компоненты скорости в относительном движении на входе в РК (Domain Interface Side 2): осевой (Velocity Axial) и окружной (Velocity Circumferential) составляющих скоростей (рисунок 62). На основе полученных значений скоростей нужно вычислить среднеинтегральный угол входа потока в РК в относительном движении:

Рисунок 62 - Определение относительных скоростей на входе в РК

Шаг 71. Аналогично шагу 70 определить среднерасходные (massFlowAve) компоненты скорости в относительном движении на выходе из РК (outlet): осевой (Velocity Axial) и окружной (Velocity Circumferential) составляющих скоростей (рисунок 63). «Минус» окружной скорости на выходе соответствует её противоположному направлению в цилиндрической системе координат. На основе полученных значений скоростей нужно вычислить среднеинтегральный угол выхода потока из РК в относительном движении:

.

Рисунок 63 - Определение относительных скоростей на выходе из РК

Шаг 72. Аналогично шагу 71 определить среднерасходную окружную (Velocity in Stn Frame Circumferential) компоненту скорости в абсолютном движении на выходе из РК (рисунок 64). На основе полученных значений скоростей вычислить среднеинтегральный угол выхода потока из РК в абсолютном движении: .

Рисунок 64 - Определение абсолютной окружной скорости на выходе из РК

Шаг 73. Сравнить полученные результаты с имеющимся аналитическим расчётом (рисунок 65) [1].

Рисунок 65 - План скоростей исследуемой турбины, полученный аналитическим путём

Различия в значениях являются расчётными ошибками. Их можно уменьшить несколькими способами:

1. Провести большее количество итераций для лучшего сведения расчёта, выставив больший параметр Max Iterations на завершающем этапе расчёта (см. рисунок 54)

2. Увеличить качество сетки. При настройке размеров элементов (см. рисунок 35) использовать размер Fine, а не Medium. Также можно создать дополнительные загущения сетки и пристеночные слои в областях вокруг лопаток и неподвижных стенок турбины.

3. Применить более точную модель турбулентности, например SST вместо k-epsilon (см. рисунок 40). Для модели SST необходимо разрешение пограничных слоёв не менее, чем 10-ю узлами сетки.

4. Более точно задать параметры рабочего тела: заменить константы выражениями или таблицами, более точно задать вязкость и теплопроводность генераторного газа, поскольку в данном расчёте использовались параметры воздуха (см. элемент Transport Properties на рисунок 38).

Пробуя различные комбинации этих подходов можно добиться желаемого улучшения точности расчёта.