Improving the methodology for calculation of energy losses in axial turbine cascades

Представлена оценка неопределенности прогнозирования потерь энергии в решетках профилей осевых турбин. В сравнении с экспериментальными данными рассмотрены эмпирическая модель ЦИАМ и метод CFD анализа в рамках RANS модели. Геометрические и режимные параметры решеток профилей варьируются в широком диапазоне. Результаты CFD расчета отличаются существенно в зависимости от модели турбулентности. Наименьшая неопределенность получена для модели рейнольдсовых напряжений RSM. Определено выборочное стандартное относительное отклонение для анализируемой базы данных. Применительно к CFD расчету данное отклонение составило 18,6%, применительно к эмпирической модели ЦИАМ 46,4%. Разработана эмпирическая модель коррекции потерь полученных по результатам CFD анализа с моделью турбулентности RSM. Корректирующая функция включает в себя геометрические и режимные параметры решеток и особенности течения в межлопаточном канале (всего 14 параметров). Использование разработанного подхода позволило снизить неопределённость прогнозирования потерь в 2 раза. В результате работы выборочное стандартное относительное отклонение предсказания потерь для рассматриваемой базы решеток профилей составило 9,3%. Estimation of the uncertainty in predicting profile losses using various models was performed. In comparison with the experimental data, empirical model of CIAM and method of CFD analysis are considered. RANS models are used. The geometric and operating parameters of the analyzed turbine cascades vary over a wide range. Turbulence models strongly influence loss prediction uncertainty. The smallest uncertainty was obtained using the RSM turbulence model. The sample standard deviation for the considered turbine cascades base was determined. The deviation for CFD analysis is 18.6%. For the empirical model of CIAM the deviation is 46.4%. The new empirical model has been created to correct the results of calculating losses according to the RANS model using the RSM turbulence model. The corrective function takes into account the influence of the geometric and operating parameters of the turbine cascades and the features of the airfoil flow (14 parameters in total). The developed approach allows reducing the uncertainty in the estimation of losses according to the RANS model by 2 times. As a result, the sample standard deviation in the prediction of losses is 9.3% for the considered turbine cascades base.