舰用燃气轮机排气蜗壳流场数值模拟定州

舰用燃气轮机排气蜗壳流场数值模拟

舰用燃气轮机排气蜗壳流场数值模拟 2011： 中图分类号：U664.131　　　文献标识码：A文章编号：1001－2060（2000）03－0287-03Numerical Simulation of the Flow Field of a Naval Gas Turbine Exhaust Volute Liu Xueyi　Liu Min（Harbin No.703 Research Institute, Harbin, China, Post Code 150036), Sun Haiou, Zheng Hongtao, et al (Harbin Engineering University, Harbin, China, Post Code 150009）Based on a N-S equation and K - e turbulent flow model the authors have conducted the numerical simulation of two types of exhaust volute. Through an analysis of pressure loss and flow field status a performance evaluation was given of the above-cited exhaust volutes. Key words: gas turbine, exhaust volute, pressure loss, numerical simulation1　引言　　舰用燃气轮机排气蜗壳的结构和气动性能是燃气轮机装舰技术研究的一个重要组成部分。排气蜗壳的总体结构尺寸受动力装置总体布局考虑的约束，而排气蜗壳的气动性能对燃气轮机的总体性能有着直接影响。如何针对具体的船舰实际情况设计相对合理的燃气轮机排气蜗壳是设计工作者所面临的一个重要课题。由于排气蜗壳流场的复杂性，其流场数值模拟具有相当难度，因此，传统的燃气轮机排气蜗壳设计大多根据经验估算通过实验验证来进行。通过实验方法获取性能参数必须较为严格地满足相似条件，而要获取多个结构或多个型式的排气蜗壳的性能参数，所花费的人力物力及时间周期都是相当可观的。本文基于对燃气轮机排气蜗壳气动特性分析的需要，进行了两种型式排气蜗壳的流场数值模拟，给出了排气蜗壳的蜗壳效率、总压损失以及流场的速度和压力分布。依据两种型式的排气蜗壳的流场数值模拟结果进行了排气蜗壳的性能比较。2　控制方程　　忽略质量力的可压缩粘性气体定常平均Navier－Stokes方程如下：　(1)　(2)　(3)　(4)式中ρ是气体的密度；是气流的速度；p是气体的压力；I是二阶单位张量；k是气体的热传导系数；T是气体的温度；R是气体常数；是粘性应力张量μ、μt分别是气体的动力粘性系数和涡旋粘性系数;E是单位质量气体的总能量e是单位质量气体的内能。3　湍流模型　　控制方程中的涡旋粘性系数μt用k－ε湍流模型来模化，从而使整个方程组封闭。湍动能k和湍动能耗散率ε的输运方程为　(5)　(6)涡旋粘性系数μt由k和ε表示为　(7)模型常数取为：C1ε=1.44；C2ε=1.92；Cμ=0.09；σk=1.0；σε=1.34　离散方法　　本文采用SIMPLER方法进行方程离散，用控制容积法得到动量方程和能量方程的离散格式，利用交错网格的技术，在正交坐标系中，将动量方程的离散格式代入连续方程的离散表达式中，进而导出压力方程和压力修正方程，用压力方程直接计算压力场，用压力修正方程得到的

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