Влияние сеточного разрешения на результаты расчета трехмерных течений в проточных частях турбомашин при использовании RANS моделей

Abstract

Рассматривается вопрос влияния степени измельчения разностной сетки на результаты расчета трехмерных течений вязкого газа в проточных частях турбомашин при использовании моделей течения RANS и численных методов второго порядка. Выполнены расчеты течений для ряда турбинных и компрессорных решеток на последовательно измельчающихся сетках. Рассматривались сетки типа H с приближенной ортогонализацией ячеек в пограничном слое. Расчеты проводились с помощью CFD решателя F с использованием неявной ENO схемы второго порядка, локального шага по времени, упрощенного многосеточного алгоритма. При расчете течения на мелких сетках применялись: средства ускорения сходимости, реализованные в решателе; усечение расчетной области с последующим распространением результатов на основе свойства симметрии; разбиение расчетной области на части и распараллеливание вычислений. Проведено сопоставление полученных результатов как по качественному разрешению сложной структуры трансзвуковых потоков, так и по количественной оценке потерь. Сделан вывод, что для научных исследований трехмерных течений имеет смысл использовать разностные сетки с количеством от 1 до 100 млн ячеек в одном межлопаточном канале, в то время как для инженерных расчетов при выполнении некоторых условий достаточно сетки с количеством менее 1 млн ячеек в одном межлопаточном канале.

Розглядається питання впливу ступеня подрібнення різницевої сітки на результати розрахунку тривимірних течій в’язкого газу в проточних частинах турбомашин при використанні моделей течії RANS і чисельних методів другого порядку. Виконано розрахунки течій для ряду турбінних і компресорних решіток на послідовно подрібнюваних сітках. Проведене зіставлення отриманих результатів як за якісним розділенням складної структури трансзвукових потоків, так і за кількісною оцінкою втрат.

The paper considers the question of the influence of a difference mesh refinement on a numerical solution for calculations of the three-dimensional viscous flows in turbomachinery, using the RANS flow models and the second-order accurate numerical methods. The flow computations are performed for a number of turbine and compressor cascades for which successively refined meshes were generated. The meshes are of H-type with an approximate orthogonality near the solid walls. The CFD solver F, that based on the second-order accurate ENO scheme, is used for the flow computations. The simplified multigrid algorithm and local time stepping permits a convergence acceleration. The results obtained are estimated in their ability both to resolve qualitatively the transonic flow pattern and to predict quantitatively the losses. It is concluded that for scientific researches of the 3D turbomachinery flows, it makes sense to use the difference meshes with number of cells from 106 to 108 per a single blade-to-blade passage, while for engineering calculations, a mesh of less than 106 cells per the single blade-to-blade passage could be sufficient under certain conditions.