PL
EN

Dynamika wirowa oddziaływania kierownica-wirnik

Jednym z najlepiej rozpoznanych niestacjonarnych zjawisk obserwowanych w wirniku stopnia turbinowego jest oddziaływanie wirnika ze śladem kierowniczym, w skrócie często określane jako oddziaływanie kierownica/wirnik (K/W). W przypadku modelu ciągłego śladu jaki jest przyjmowany w większości analiz oddziaływania K/W parametry śladu na wlocie do wirnika nie zależą od czasu i kolejne łopatki wirnikowe odcinają identyczne jego fragmenty, które następnie zachowują się w identyczny sposób w czasie przepływania przez kanał wirnikowy. Sytuacja zmienia się gdy ślad ma strukturę izolowanych aktywnych wirów. Aktywne struktury oddziałują ze sobą i ze ściankami łopatek, przez co ich trajektorie różnią się od torów generowanych wyłącznie przez prędkości unoszenia przez przepływ główny. Ponadto, nawet gdy parametry stacjonarne śladu jako całości: intensywności i odległości pomiędzy wirami pozostają stałe, to chwilowe położenia konkretnych wirów w kolejnych fragmentach śladu odcinanych przez kolejne łopatki wirnikowe będą różne (patrz: definicja przesunięcia fazowego poniżej). W konsekwencji, deformacja każdego fragmentu śladu w czasie jego ruchu przez kanał wirnikowy będzie miała inny przebieg.

  a)    b)

Definicja przesunięcia fazowego  (po lewej), oraz ekstremalne przypadki deformacji śladu (w środku i po prawej) skutkujące powstaniem izolowanego wiru. a) φ=0,25 b) φ=0,50

Powyższy wniosek ma duże znaczenie dla analiz numerycznych oddziaływania K/W  realizowanych  z wykorzystaniem kodów  URANS. Analizy te są z zasady wykonywane dla jednej realizacji śladu i powstaje pytanie czy ich wyniki są reprezentatywne dla rzeczywistego procesu zachodzącego w wirniku turbiny. Odpowiedź na to pytanie jest pozytywna i wykazano że wyniki analiz URANS wykonywanych na dostatecznie drobnej siatce i wykorzystujących numerycznie „uśredniany” ślad kierowniczy poprawnie przewidują uśrednione efekty rzeczywistego przebiegu oddziaływania K/W.

   

Fluktuacje prędkości w pobliżu krawędzi spływowych łopatek kierowniczych.

DO GÓRY