Вплив сіткового розділення на 3D RANS моделювання течій у проточних частинах турбомашин

Анотація

Розглядається вплив ступеня подрібнення різницевої сітки на результати розрахунку тривимірних течій в'язкого газу в проточних частинах турбомашин при використанні моделей течії RANS і чисельних методів другого порядку. Виконано розрахунки течій для ряду турбінних та компресорних решіток на послідовно подрібнюваних сітках. Використовувалися сітки типу H з наближеною ортогоналізацією комірок в примежовому шарі. Розрахунки проводилися за допомогою CFD розв’язувача F з використанням неявної ENO схеми другого порядку, локального кроку за часом і спрощеного багатосіткового алгоритму. При розрахунку течії на дрібних сітках застосовувалися: засоби прискорення збіжності, реалізовані в розв’язувачі; усічення розрахункової області з подальшим поширенням результатів на основі властивості симетрії; розбиття розрахункової області на частини і розпаралелювання обчислень. Проведено зіставлення отриманих результатів як за якісним розділенням складної структури тривимірних потоків, так і за кількісною оцінкою втрат. Сіткова збіжність оцінювалася двома способами. У першому візуально порівнювалися характерні двовимірні розподіли параметрів, отримані на різних сітках. Метою таких порівнянь було оцінити достатній ступінь розв’язку як загальної структури течії в решітках, так і її особливостей, а саме, стрибків ущільнення, контактних розривів, відривних зон, слідів та ін. Другий спосіб оцінки ґрунтується на індексі сіткової збіжності (GCI). GCI може бути визначений не тільки для інтегральних характеристик течії, таких, як втрати, сили і т. д., але і для тривимірних полів газодинамічних параметрів, зокрема розглядався GCI, розрахований за тривимірним полем щільності. Зроблено висновок, що для наукових досліджень, які вимагають високої точності розрахунків і деталізації структури тривимірної течії, потрібні дуже дрібні різницеві сітки, з кількістю комірок від 10⁶ до 10⁸ в одному міжлопатковому каналі, в той час як для інженерних розрахунків, при виконанні деяких умов, досить сіток з кількістю комірок менше 1 млн в одному міжлопатковому каналі.