ISSN 0236-3941. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. “Машиностроение”. 2012
43
роидальных каналов и лопаток. Расчетная сетка построена исходя из
опыта расчетного исследования течения в газодинамическом диоде
[11], который фактически является секцией вихревой турбины при
условии неподвижности ротора.
В проведенных численных экспериментах адаптация по поверх-
ности лопаток достигала 3-го и 4-го уровней, а расчетная сетка
насчитывала до 7 млн ячеек. В силу особенности адаптации
FlowVision измельченные ячейки остаются таковыми, даже когда
адаптируемая поверхность удаляется на значительное расстояние.
Для того чтобы число расчетных ячеек не росло, необходимо исполь-
зовать слияние ячеек во всем расчетном объеме: если в объеме отсут-
ствуют критериии адаптации, то ранее измельченные ячейки слива-
ются в ячейки более низкого уровня, а значения физических
переменных в слитых ячейках осредняют и присваивают новым
крупным ячейкам. В процессе движения ротора на каждом шаге про-
исходит адаптация новых ячеек и слияние проадаптированных. Если
число слоев адаптации будет минимальным, то на интегральных ха-
рактеристиках ротора отразятся значительные колебания физических
величин, вызванные постоянным изменением расчетной сетки. По
этой причине следует выполнять адаптацию по поверхности движу-
щихся тел минимум в 6 слоев. На рис. 5 приведена расчетная сетка,
применявшаяся при моделировании во FlowVision.
Зоны подвода и отвода воздуха в тороидальном канале разделены
частично статором, частично лопатками ротора. Существуют пере-
течки между зоной с избыточным давлением у входа и зоной с пони-
женным давлением у выхода через зазор между статором и лопатка-
ми ротора. Для учета этих перетечек необходимо разрешать зазорное
сечение, однако площадь зазорообразующих поверхностей велика, а
сам зазор очень мал — 0,1…0,3 мм.
Модель зазора, реализованная во FlowVision, позволяет избежать
значительного увеличения числа расчетных ячеек. В этой модели
предполагается, что в зазоре между двумя стенками имеет место те-
чение Пуазейля [12]. При этом силы и потоки в зазоре рассчитывают
аналитически. Данная модель многократно проверена и уже много
лет используется при практических численных исследованиях. На
рис. 5,
б
черным цветом закрашены ячейки, для которых активна
данная физическая модель зазора.
Лопатки ротора изготовлены из металлического листа толщиной
0,7 мм. Кромки лопаток получаются острыми. При высокой скорости
движения лопаток и достаточно грубой сетке на первых итерациях
расчета вокруг кромок лопаток возникают высокие градиенты физи-
ческих величин, и численный расчет “не сходится”. Поскольку в силу
сложности вихревого течения задать достаточно точно начальные
приближения скорости и давления во всем объеме не представляется
возможным, необходимо начинать расчет с плавного изменения час-
тоты вращения ротора с нуля до номинального значения. При реше-
1,2,3,4,5,6 8,9,10,11