Расчет напряженно-деформированного состояния лопатки компрессорного венца с использованием платформы численного моделирования OPENFOAM

Abstract

В настоящее время процесс проектирования компрессорных венцов включает в себя обязательную расчетную проверку прочностных характеристик в CAE-системах типа ANSYS, NASTRAN и др. Эти расчеты не отменяют натурных испытаний, однако их проведение позволяет значительно повысить вероятность удовлетворительных испытаний; в связи с сокращением объема испытаний радикальным образом снижается стоимость и время доводки. Аналогично прочностным расчетам трехмерные газодинамические расчеты играют роль натурных испытаний с целью доводки конструкции до необходимых параметров. Тем не менее, на сегодняшний день инструментарий для решения указанных задач представлен в основном коммерческими пакетами, стоимость которых достаточно велика. Также, далеко не всегда раскрыты заложенные в них модели и алгоритмы, что не позволяет проектировщику полностью доверять получаемым результатам. Кроме того, представляет значительный научный и практический интерес совместное решение указанных выше задач, что позволило бы существенно сократить время проектирования и значительно повысить его эффективность. Учитывая вышесказанное, актуальной является разработка научно-методического обеспечения для решения задачи расчета прочности лопаток компрессорных венцов. Разработано научно-методическое обеспечение, которое позволяет совместно решать задачу численного моделирования пространственных турбулентных газовых течений в компрессорных венцах и задачу расчета прочности лопаток компрессорных венцов.

У теперішній час процес проектування компресорних вінців включає до себе обов'язкову розрахункову перевірку міцності в CAE-системі типу ANSYS, NASTRAN та ін. Ці розрахунки не скасовують натурних випробувань, проте їх проведення дозволяє значно підвищити ймовірність задовільних випробувань; у зв'язку зі скороченням обсягу випробувань радикальним чином знижується вартість і час доведення. Аналогічно розрахункам міцності тривимірні газодинамічні розрахунки відіграють роль натурних випробувань з метою доведення конструкції до необхідних параметрів. Проте, на сьогоднішній день інструментарій для розв’язання зазначених задач представлено в основному комерційними пакетами, вартість яких досить велика. Також, далеко не завжди розкрито закладені в них моделі і алгоритми, що не дозволяє проектувальнику повністю довіряти отриманим результатам. Крім того, представляє значний науковий і практичний інтерес спільне розв’язання зазначених вище задач, що дозволило б істотно скоротити час проектування і значно підвищити його ефективність. З огляду на вищесказане, актуальною є розробка науково-методичного забезпечення для розв’язання задачі розрахунку міцності лопаток компресорних вінців. Розроблено науково-методичне забезпечення, яке дозволяє спільно розв’язувати задачу чисельного моделювання просторових турбулентних газових течій в компресорних вінцях і завдання розрахунку міцності лопаток компресорних вінців.

The now design of compressor rims requires a computational verification of strength characteristics using the CAE systems such as ANSYS, NASTRAN, etc. Those computations do not abolish field tests, however, they significantly increase the probability of satisfactory tests; due to the reduction of tests, costs and time for finetuning are drastically cut. Similarly to strength computations, three-dimensional gas-dynamic ones play the role of full-scale tests to finalize the design to the required parameters. Nevertheless, today’s tools for solving those problems are mainly presented by commercial high-priced packaged programs. Also, it does not always happen that they reveal models and algorithms incorporated. Thus, the results obtained are suspect for the designer. In addition, the simultaneous solution of the above-mentioned problems is of considerable scientific and practical interest, resulting in significant design time cutting and the improved design efficiency. On this basis, the development of scientific and methodic support for designing the compressor rim blades strength is topical. The scientific and methodic support has been developed to solve simultaneously the problem of a numerical simulation of spatial turbulent gas flows through compressor rims and the problem of the computation of the strength of the compressor rim blades.