Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Establishment of an open 3D steam turbine flutter test case
KTH, School of Industrial Engineering and Management (ITM), Energy Technology.
2016 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesis
Abstract [en]

An open three-dimensional (3D) flutter test case for steam turbines is presented. Unlike previous research on turbine flutter, the geometry is an open resource and is from a test case originally presented by Durham University. The geometry of the test case includes the stator, rotor and diffuser, which is representative of the aerodynamic characteristics of modern steam turbine blading. The average inlet flow conditions are total pressure 27 kPa and total temperature 340 K which are typical for the last stage. The average static pressure at the exit of the diffuser is 8800 Pa. It also provides the typical flow conditions for the last stage steam turbine.The aim of current study is to define a 3D test case for open realistic steam turbine blades flutter analysis. Commercial numerical tool ANSYS CFX was used to solve Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) equations for viscous flow and Laminar equations for inviscid flow for steady and unsteady state. The defined mode shape for the test case was the first flap bending mode fixed at the hub. Multi-row steady state simulations with mixing plane were performed for different length of rotor exit. Reflecting waves was found to influence both steady and unsteady simulation at the mixing plane and rotor outlet. Only the rotor was considered for the flutter analysis. The plots of normalised aerodynamic damping and local work coefficient for different Inter Blade Phase Angle (IBPA) were calculated. It showed that -90 degrees IBPA was least stable. Unsteady aerodynamic work was done mainly on the tip region of rotor blade. Initial results of tip clearance flow were only studied in the steady state.This thesis work is partly included in paper written for European Turbomachinery Conference (ETC). It is verified by comparing the results obtained from CFX and LUFT (Linearized Unsteady Flow solver for Turbomachinery) solvers.

Abstract [sv]

Ett testfall för analys av svängningar i ångturbinsblad utifrån en öppen tredimensionell (3D) modell presenteras i denna rapport. Till skillnad från tidigare undersökningar av turbinbladssvängningar är geometrin i detta fall allmänt tillgänglig via ett testfall ursprungligen presenterat av Durham University. Denna geometri inkluderar stator, rotor och diffusor, vilket är representativt för de aerodynamiska egenskaperna hos moderna ångturbiners bladuppsättning. Inloppsförhållandena var ett totaltryck på i genomsnitt 27 kPa och en total temperatur på i genomsnitt 340 K, vilket är typiskt för det sista turbinsteget. Det genomsnittliga statiska trycket vid diffusorns utlopp var 8800 Pa, också det typiskt för förhållandena vid det sista steget i en ångturbin.Studiens syfte var att definiera ett 3D-testfall för realistisk analys av öppen turbinbladssvängning. Kommersiell mjukvara (ANSYS CFX) användes för att lösa RANS-ekvationer (Reynolds-averaged Navier Stokes) för visköst flöde och för ekvationer gällande laminärt flöde vid icke-visköst flöde, för stationära och icke-stationära fall. Testfallets definierade böjmod var första böjmod med turbinbladets ena ände fixerad. Stationära simuleringar av multipla turbinrader med mixing-plane-metoden genomfördes för olika längd på rotorutloppet. Vågreflektion upptäcktes påverka både stationär och icke-stationär simulering vid mixing plane-läget och rotorutloppet.För svängningsanalysen av turbinbladen undersöktes endast rotorn. Här togs diagram för normaliserad aerodynamisk dämpning och lokal arbetskoefficient fram för olika IBPA (inter-blade phase angle). Detta visade att en IBPA på -90 grader var minst stabil. Icke-stationärt aerodynamiskt arbete utfördes framför allt på rotorbladens ändregioner. S.k. tip-clearance-flöde studerades endast för stationärt flöde.Detta examensarbete ingår delvis i en artikel skriven för European Turbomachinery Conference (ETC). Det verifieras genom jämförelse av de resultat som erhållits från CFX och LUFT (Linearized Unsteady Flow solver for Turbomachinery).

Place, publisher, year, edition, pages
2016. , p. 63
National Category
Mechanical Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-200744OAI: oai:DiVA.org:kth-200744DiVA, id: diva2:1070711
Supervisors
Examiners
Available from: 2017-02-02 Created: 2017-02-02Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(5239 kB)231 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 5239 kBChecksum SHA-512
443895a24315bb40d33c10c703b97ac0fb59bd616bf84adcb7d4657a46bfafd8e5a20264e175c48822c7ae3ee83dbe87c4b9a1a9c898222f0811ae504db6ac6f
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
Energy Technology
Mechanical Engineering

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 231 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 71 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf