aalto1 untyped-item.component.html
Numerical study of gas path ingestion into turbine disc cavity in an engine environment
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Helsinki University of Technology |
Master's thesis
Electronic archive copy is available via Aalto Thesis Database.
Checking the digitized thesis and permission for publishing
Instructions for the author
Instructions for the author
Location:
Authors
Date
Department
Major/Subject
Mcode
Kul-34
Degree programme
Language
en
Pages
103 s. + liitt.
Series
Abstract
Tässä diplomityössä tarkastellaan aksiaaliturbiinin kaasukanavavirtauksen tunkeutumista roottori- ja staattorikiekon väliseen ilmatilaan laskennallisen virtausmekaniikan (computational fluid dynamics, CFD) menetelmin.
Liiallinen kuuman kaasukanavavirtauksen tunkeutuminen kyseiseen ilmatilaan aiheuttaa kriittisten moottorikomponenttien ylikuumenemisen ja alentaa niiden elinikää.
Tätä haitallista ilmiötä pyritään rajoittamaan paineistamalla kiekkojen välinen ilmatila jäähdytysilmalla, joka vuodatetaan turbiinimoottorin sisäisestä ilmajärjestelmästä.
Tällä toimenpiteellä on kuitenkin alentava vaikutus turbiinin suoritusarvoihin ja siksi suunnittelijoiden on tärkeää tuntea ilmiön syntyyn vaikuttavat mekanismit.
Työssä esitellään uusi virtauksen tunkeutumisilmiön tutkimiseen sopiva CFD -analyysimenetelmä, jossa hyödynnetään kaasukanavan ja kiekkojen välisen ilmatilan erottavaa rajapintaa laskennan tarkkailussa ja tarkasteltavan aineiston poiminnassa.
Raportissa tarkastellaan kahta periodista CAD geometriaan perustuvaa 3D-mallia, jotka sisältävät yhden turbiinilavan virtauskanavan ja siihen liittyvän ylävirran puoleisen roottori- ja staattorikiekon ilmatilan.
Virtaussysteemin numeerinen analyysi suoritettiin ratkaisemalla diskretoidut Reynolds-keskiarvotetut Navier-Stokes yhtälöt kytkettyinä tarkoituksenmukaiseen turbulenssimalliin.
Sarja laskentatapauksia analysoitiin virtauksen tunkeutumisilmiöön vaikuttavien tekijöiden ja ongelmaan liittyvien riippuvuussuhteiden määrittämiseksi.
Lisäksi työ sisältää laskennallisen analyysin toteuttamiseen liittyviä havaintoja.
Saadut tulokset suoritetusta virtausanalyysistä ovat yhdenmukaisia aiempien numeeristen tutkimustulosten kanssa.
Vakuuttavan empiirisen materiaalin puuttuessa kokeellista vahvistusta ei kuitenkaan saavutettu.
Virtaussysteemien laskennalliset ratkaisut sallivat seuraavien virtauksen tunkeutumiseen vaikuttavien tekijöiden identifioimisen: turbiinivaiheen kuormitus, ilmatilaan vuodatetun massavirran suhde roottorikiekon rajakerroksen keskipakoisvoimien aiheuttamaan radiaalimassavirtaan sekä kaasukanavan ja kiekkojen ilmatilan välisen "virtauskynnyksen" muotoilu.
Lisäksi saavutetut ilmatilassa vallitsevan lämpötilan ja painetason korrelaatiot kuuman virtauksen tunkeutumismäärän suhteen osoittautuivat rohkaiseviksi, avaten mahdollisuuden kokeellisen korjausmenetelmän hyödyntämiseen.
Lisätutkimuksen tarpeellisuus Pratt & Whitney Canada:lla realisoitui tämän projektin tulosten myötä.