Исследование и программная реализация численных моделей, которые описывают нелиненйную динамику рабочих процессов в компрессорной технике [1–8], эксплуатируемой для топливноэнергетических комплексов (ТЭК), представляют собой ключевую задачу при разработке и проектировании турбоагрегатов различных конструктивных решений.
Для данного класса прикладных задач проведение физического лабораторного эксперимента представляется затруднительным, поскольку он требует полноразмерного объемного моделирования и воссоздания практически всех естественных (силовых) условий. В процессе теоретического исследования таких задач специалистам (инженерам) необходимо разработать сложные физико-математические модели, аналитическое решение которых практически невозможно. Единственным оптимальным решением такого рода задач является аппарат численного моделирования.
Моделирование нелинейной динамики рабочих процессов в компрессорной технике включает в себя ряд особенностей:
– учет пространственной геометрической конфигурации турбоагрегата;
– количество рабочих ступеней и компоненты рабочего тела (газа или газовой смеси);
– определение сеточной топологии и дискретизации вычислительного пространства вращающейся трехмерной криволинейной области интегрирования;
– создание многопоточного вычислительного эксперимента с соответствующими граничными условиями и оптимальный выбор метода численного моделирования;
– экономическую эффективность режимов эксплуатации компрессорной техники.
Разработка компрессорной техники требует тщательного обоснования научно-технических решений, основанных на всесторонних экспериментально-теоретических исследованиях оптимальных режимах работы конструктивных элементов, а также анализа условий, обеспечивающих их надежное функционирование.
Для решения задачи нелинейной газовой динамики в проточной части ЦБК использована замкнутая система уравнений [1]:
В системе уравнений (1) введены обозначения:
– плотность, давление, температура, внутренняя энергия, поле скорости, вектор нормали, тепловой поток, сдвиговая вязкость, показатель адиабаты, универсальная газовая постоянная, число Прандтля, оператор Гамильтона, соответственно.