Моделирование течения
в высокоскоростном компрессоре

Цель работ

Смоделировать работу высокоскоростного микро компрессора и определить характерные моды и частоты колебаний конструкций, а так же структуры потока.

Справка

Рассмотрено нестационарное турбулентное течение сжимаемого газа в центробежном компрессоре. Модель URANS использовалась для воспроизведения турбулентного поведения.

Пример можно скачать с Github.

Математическая модель

Моделирование проводилось с помощью решателя pisoCentralDyMFoam — модификации решателя pisoCentralFoam для движущихся сеток.

Нестационарная модель ламинарного или турбулентного течения сжимаемой среды (совершенный газ) при числах Маха от 0 до 6 с возможностью моделирования случаев в условиях подвижной расчтной области.

Геометрия задачи

Данные геометрии были преобразованы в формат SALOME, а затем объединены в сетку с помощью шестигранного алгоритма.

Рис. 1. Геометрия и исходные данные взяты с сайта www.calculix.de.
Рис. 2. Схематическое изображение проточной части рассматриваемого компрессора (слева) и построенной блочно-структурированной сетки (справа).

Результаты работ

Анализ мод течения в модели компрессора показал наличие характерных частот, соответствующих лопаточным частотам ротора и статора — мо ды No 0, No 5 и No 7 или оборотным частотам, моды No1 и No 3 (рис. 3). Визуализация соответствующих мод показана на рис. 4 для мод No 0 и No 3.
Статистический анализ показывает, что даже на относительно грубой сетке основные частоты, характерные для данного типа машин, — оборотная, лопаточная импеллера и лопаточная диффузора могут быть разрешены с использованием гибридного метода.

Рис. 3. Характерные моды течения в микро компрессоре. Синими вертикальными линиями отмечены частоты относящиеся к ротору, зелными — относящиеся к статору.
Частота вращения 108000 об/мин.
Рис. 4 (а). Мгновенное (слева) поле давления в компрессоре и его 0-я мода (справа) в области импеллера.
Рис. 4 (б). Мгновенное (слева) поле давления в компрессоре и его 3-я мода (справа) в области диффузора.