Численное моделирование течения газа в затурбинном диффузоре на переменных режимах с верификацией по эксперименту

Как правило, при проектировании газотурбинных установок (ГТУ) рассматривается номинальный режим работы. На этом режиме стараются выдержать осевой выход потока из турбины для уменьшения потерь с выходной скоростью. Осевой вход в диффузор является оптимальным, так как в таком случае отсутствуют углы атаки на обтекателях силовых стоек, которые являются неотъемлемой частью диффузора, где располагается задняя подшипниковая опора ротора турбины. Тем не менее в ходе эксплуатации ГТУ установка длительно работает как на номинальном, так и на переменных режимах. Переменные режимы характеризуются значительными углами атаки на обтекателях силовых стоек, что приводит к отрыву потока и значительному увеличению потерь давления в диффузоре. Возникает вопрос в обеспечении удовлетворительного течения в диффузоре на режимах с переменной нагрузкой при сохранении оптимальной работы ГТУ на номинальном режиме. В настоящей работе экспериментальным и численным методами исследованы особенности течения в диффузоре в широком диапазоне нагрузки. Исследования показали, что при углах выхода потока из последней ступени менее 50$^\circ$ течение в диффузоре приобретает несимметричный характер с развитыми вихрями. Это приводит к тому, что численное моделирование в инженерной постановке не может повторить характер течения. Тем не менее сравнение полных параметров эксперимента и расчeта показывает хорошее совпадение (разница около 5%) даже для режимов с большими углами атаки на обтекателях стоек диффузора. Usually at the design stage of a gas turbine the nominal operating mode is considered. This mode is defined by the axial exit of the flow from the turbine, in order to reduce losses with the exhaust velocity. Axial entry into the diffuser is optimal, due to absence of attack angles on the power struts. Struts are the integral part of the diffuser, where the rear bearing support of the turbine rotor is located. However, gas turbine operates for a long time both in nominal and in variable modes. Partial modes are characterized by significant attack angles on the struts, which leads to flow separation and notable increase in pressure losses in the diffuser. Maintaining a satisfactory flow in the diffuser in the wide range of modes is an important issue. In this investigation the stage-diffuser system was studied by experimental and numerical methods at wide range of modes. Study has shown that at the last stage flow angle less than 50 degrees, the flow in the diffuser acquires an asymmetric ch