Численное моделирование трехмерных течений в турбинной решетке с учетом ламинарно-турбулентного перехода

Abstract

Рассматривается трехмерное турбулентное течение вязкого сжимаемого газа в турбинной решетке с учетом ламинарно-турбулентного перехода. Математическое моделирование такого течения осуществляется на основе уравнений Навье-Стокса, осредненных по Рейнольдсу, и двухпараметрической дифференциальной модели турбулентности k-ω SST. Моделирование перехода выполнено с помощью алгебраической модели PTM (Production Term Modification). Проведены расчеты дозвукового обтекания турбинной решетки VKI-Genoa. Сопоставление результатов расчетов для полностью турбулентного потока и переходного течения между собой и с известными экспериментальными данными показало, что рассмотренная математическая модель течения удовлетворительно описывает физические процессы, имеющие место в решетках турбин при ламинарно-турбулентном переходе.

Розглядається тривимірна турбулентна течія в’язкого стислого газу в турбінних решітках з урахуванням ламінарно-турбулентного переходу. Математичне моделювання такої течії здійснюється на основі рівнянь Нав’є-Стокса, осереднених за Рейнольдсом, і двопараметричної диференціальної моделі турбулентності k–ω SST. Моделювання переходу виконано за допомогою алгебраїчної моделі PTM (Production Term Modification). Проведено розрахунки дозвукового обтікання турбінних решіток VKI-Genoa. Зіставлення результатів розрахунків для повністю турбулентного потоку і перехідної течії між собою і з відомими експериментальними даними показало, що розглянута математична модель течії задовільно описує фізичні процеси, що мають місце в решітках турбін при ламінарно-турбулентному переході.

This study presents a numerical simulation of a 3D viscous flow in the VKI-Genoa cascade that takes into account the laminar-turbulent transition. The numerical simulation is performed using the Reynolds-averaged Navier-Stokes equations and the two-equation k-ω SST turbulence model. The algebraic Production Term Modification model is used for modeling the laminar-turbulent transition. Computations of both fully turbulent and transitional flows are carried out. The contours of the Mach number, the turbulence kinetic energy, the entropy function, as well as limiting streamlines are presented. The analysis of the numerical results demonstrates the influence of the laminar-turbulent transition on the secondary flow pattern. The comparison between the present computational results and the existing experimental and numerical data shows that the proposed approach reflects sufficiently the physics of the laminar-turbulent transition in turbine cascades.