3D shape optimisation of a low-pressure turbine stage

The possibility of reducing the flow losses in low-pressure turbine stage has been investigated in an iterative process using a novel hybrid optimisation algorithm. Values of the maximised objective function that is isentropic efficiency are found from 3D RANS computation of the flowpath geometry, which was being changed during the optimisation process. To secure the global flow conditions, the constraints have been imposed on the mass flow rate and reaction. Among the optimised parameters are stator and rotor twist angles, stator sweep and lean, both straight and compound. Blade profiles remained unchanged during the optimisation. A new hybrid stochastic-deterministic algorithm was used for the optimisation of the flowpath. In the proposed algorithm, the bat algorithm was combined with the direct search method of Nelder-Mead in order to refine the best obtained solution from the standard bat algorithm. The method was tested on a wide variety of well-known test functions. Also, the results of the optimisation of the other stochastic and deterministic methods were compared and discussed. The optimisation gives new 3D-stage designs with increased efficiency comparing to the original design.This work was supported by The National Science Centre, Grant No. 2015/17/N/ST8/01782

Методы проектирования турбин осевого типа для когенереционной установки ORC, использующая в качестве рабочего тела силикатное масло (MDM)

The paper describes two methods for the design of blading systems of axial turbines for an Organic Rankine Cycle (ORC) cogeneration unit working with silica oil MDM. The algorithms are based on mathematical models of various levels of complexity – from 1D to 3D. Geometry of flow parts is described with the help of analytical methods of profiling using a limited number of parameters. The 3D turbulent flow model is realised in the software complex IPMFlow, which is developed based on the earlier codes FlowER and FlowERU, or in software complex ANSYS. Examples of developed turbines for a 500 kW machine are presented.Представлены алгоритмы проектирования проточных частей турбин осевого типа. Алгоритм основан на использовании математических моделей различных уровней сложности – от 1D до 3D. Описание геометрии проточных частей выполняется с помощью методов аналитического профилирования, исходными данными для которых служит ограниченное число параметрических величин. Модель 3D турбулентного течения реализована в программном комплексе IPMFlow, который является развитием программ FlowER и FlowER-U и программном комплексе ANSYS. Представлены примеры разработанных проточных частей турбин энергетических машин мощностью 500 кВт

Методи проектування турбін осьового типу для когенераційної установки ORC, яка використовує в якості робочого тіла силікатне масло

The paper describes two methods for the design of blading systems of axial turbines for an OrganicRankine Cycle (ORC) cogeneration unit working with silica oil MDM. The algorithms are based onmathematical models of various levels of complexity – from 1D to 3D. Geometry of flow parts is described withthe help of analytical methods of profiling using a limited number of parameters. The 3D turbulent flow model isrealised in the software complex IPMFlow, which is developed based on the earlier codes FlowER and FlowERU,or in software complex ANSYS. Examples of developed turbines for a 500 kW machine are presented.Представлены алгоритмы проектирования проточных частей турбин осевого типа. Алгоритм основан на использовании математических моделей различных уровней сложности – от 1D до 3D. Описание геометрии проточных частей выполняется с помощью методов аналитического профилирования, исходными данными для которых служит ограниченное число параметрических величин. Модель 3D турбулентного течения реализована в программном комплексе IPMFlow, который является развитием программ FlowER и FlowER-U и программном комплексе ANSYS. Представлены примеры разработанных проточных частей турбин энергетических машин мощностью 500 кВт.Представлено алгоритми проектування проточних частин турбін осьового типу. Алгоритм базується на використанні математичних моделей різних рівнів складності - від 1D до 3D. Опис геометрії проточних частин виконується за допомогою методів аналітичного профілювання, початковими даними для яких служить обмежене число параметричних величин. Модель 3D турбулентної течії реалізована в програмному комплексі IPMFlow, який є розвитком програм FlowER і FlowER-U та програмному комплексі ANSYS. Представлені приклади розроблених проточних частин турбін енергетичних машин потужністю 500 кВт