Details

Title: Совершенствование лабиринтных уплотнений микротурбодетандера методом численного моделирования: выпускная квалификационная работа магистра: направление 13.04.03 «Энергетическое машиностроение» ; образовательная программа 13.04.03_02 «Паровые и газовые турбины»
Creators: Рубцов Иван Сергеевич
Scientific adviser: Забелин Николай Алексеевич
Other creators: Андреев Константин Дмитриевич; Смирнов Максим Викторович
Organization: Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого. Институт энергетики
Imprint: Санкт-Петербург, 2020
Collection: Выпускные квалификационные работы; Общая коллекция
Subjects: оптимизация; лабиринтное уплотнение; турбодетандер; CFD; Fluent Adjoint Solver; optimization; labyrinth seal; turboexpander
Document type: Master graduation qualification work
File type: PDF
Language: Russian
Speciality code (FGOS): 13.04.03
Speciality group (FGOS): 130000 - Электро- и теплоэнергетика
Links: Отзыв руководителя; Рецензия; Отчет о проверке на объем и корректность внешних заимствований
DOI: 10.18720/SPBPU/3/2020/vr/vr20-4808
Rights: Доступ по паролю из сети Интернет (чтение, печать, копирование)

Allowed Actions:

Action 'Read' will be available if you login or access site from another network Action 'Download' will be available if you login or access site from another network

Group: Anonymous

Network: Internet

Annotation

Данная работа посвящена оптимизационному исследованию ступенчатого лабиринтного уплотнения микротурбодетандерной установки мощностью 75 кВт. Задачи, решаемые в ходе исследования: 1. Поиск и анализ литературы по теме численного моделирования течения в уплотнениях, определение и сравнение способов постановки подобных исследований; 2. Поиск и анализ литературы по теме оптимизации конструкции уплотнений; 3. Оптимизация конструкции ступенчатого уплотнения топологическим и параметрическим методом. На основе анализа исследований течений в лабиринтных уплотнениях методом численного моделирования построена расчетная модель для моделирования течения в ступенчатом лабиринтном уплотнении. CFD-расчеты для определения показателей эффективности работы уплотнения проводятся в программном обеспечении ANSYS Fluent. Топологическая оптимизация проводится внутри программного обеспечения ANSYS Fluent при помощи модуля Fluent Adjoint Solver. В случае параметрической оптимизации рассматривается изменение пяти независимых геометрических параметров, используется MOGA (Multi-Objective Genetic Algorithm или многокритериальный эволюционный алгоритм). В результате получены две оптимизированные конструкции ступенчатого уплотнения с улучшенными показателями. Проведен анализ результатов и предложен путь продолжения исследования.

In the given paper a shape optimization of a 75 kW microturboexpander plant stepped labyrinth seal is conducted. Tasks accomplished in the paper are the following: 1. Search and analysis of papers and works upon the subject of CFD labyrinth seal modeling, detecting and comparing different case setups applied; 2. Search and analysis of papers and works upon the subject of labyrinth seal shape optimization; 3. Stepped labyrinth seal shape topological and parameter optimization. A stepped labyrinth seal throughflow CFD case setup is made on a basis of previous researches analysis. The CFD simulations are performed by ANSYS Fluent computer code. The topological optimization is accomplished by means of Fluent Adjoint Solver. Five independent input parameters are used in the parameter optimization by the MOGA (Multi-Objective Genetic Algorithm). The study resulted in two optimized shape stepped seals with reduced leakage. An analysis is made on the results of the research and a way of developing further investigations upon the stepped seal is proposed.

Document access rights

Network User group Action
ILC SPbPU Local Network All Read Print Download
Internet Authorized users Read Print Download
-> Internet Anonymous

Table of Contents

  • Введение
  • 1. Обзор и анализ литературы
    • 1.1. Общее описание течений в уплотнениях
      • 1.1.1. Характеристика лабиринтных уплотнений
      • 1.1.2. Описание процесса в уплотнении
    • 1.2. Показатели качества работы уплотнений
    • 1.3. Общий подход к численному моделированию течений в уплотнениях
      • 1.3.1. Факторы, влияющие на течение в уплотнениях
      • 1.3.2. Постановка задачи методом CFD
  • 2. Постановка задачи исследования
    • 2.1. Турбина микротурбодетандерной установки
    • 2.2. Параметры течения
    • 2.3. Конструкция уплотнения
    • 2.4. Подход к оптимизации уплотнений
  • 3. Топологическая оптимизация с помощью модуля Fluent Adjoint Solver
    • 3.1. Описание метода оптимизации
    • 3.2. Настройка задачи оптимизации
    • 3.3. Анализ результатов
  • 4. Параметрическая оптимизация с помощью модуля DesignXplorer
    • 4.1. Настройка задачи оптимизации
    • 4.2. Анализ результатов
  • 5. Заключение
  • Список использованных источников

Usage statistics

stat Access count: 6
Last 30 days: 1
Detailed usage statistics