Участки динамически нестабилизированных течений характерных каналах проточных частей турбонасосных агрегатов жидкостных ракетных двигателей

Авиационная и ракетно-космическая техника

Тепловые, электроракетные двигатели и энергоустановки летательных аппаратов

2020. Т. 27. № 3. С. 167-185.

DOI: 10.34759/vst-2020-3-167-185

Авторы

Зуев А. А. 1*, Арнгольд А. А. 2**, Назаров В. П. 1***

1. Сибирский государственный университет науки и технологий им. академика М.Ф. Решетнева, проспект им. газеты Красноярский рабочий, 31, Красноярск, 660037, Россия
2. ФГУП «Красноярский машиностроительный завод», Красмаш, просп. им. газеты «Красноярский рабочий», 29, Красноярск, 660123, Россия

*e-mail: dla2011@inbox.ru
**e-mail: arngoldanna@mail.ru
***e-mail: nazarov@.sibsau.ru

Аннотация

Рассматриваются участки динамически нестабилизированных течений, характерных для элементов проточных частей турбонасосных агрегатов жидкостных ракетных двигателей. Участки цилиндрического переменного сечения, прямоугольного переменного сечения, вращательных течений в полостях с неподвижными стенками, неподвижной и вращающейся стенками. К характерным элементам относятся: подводящие и отводящие аппараты, боковые полости между ротором и статором, полости гидродинамических уплотнений и элементы межлопаточного канала центробежных насосов и газовых турбин.

Используя методы теории пространственного пограничного слоя, определяются относительные характерные параметры. Получены зависимости для определения скорости ядра течения, необходимые для оценки потерь в зависимости от длины характерных участков. В целях достоверного определения энергетических параметров необходим корректный выбор законов трения и профилей скорости в пограничном слое и учет начального участка. Полученные зависимости учитывают профиль распределения скорости в пограничном слое на характерных участках для случаев ламинарного и турбулентного режимов.

Ключевые слова:

участок динамически нестабилизированного течения, скорость, потери по длине, пространственный пограничный слой

Библиографический список

  1. Киселев Ф.Д. Диагностика разрушений и оценка эксплуатационной работоспособности рабочих турбинных лопаток авиационных двигателей // Вестник Московского авиационного института. 2019. Т. 26. № 4. С. 108-122. DOI: 10.34759/vst-2019-4-108-122

  2. Григорьев В.А., Загребельный А.О., Калабухов Д.С. Совершенствование параметрической модели массы газотурбинного двигателя со свободной турбиной для вертолетов // Вестник Московского авиационного института. 2019. Т. 26. № 3. С. 137-143.

  3. Милешин В.И., Семёнкин В.Г. Расчетное исследование влияния числа Рейнольдса на характеристики первой типовой ступени компрессора высокого давления // Вестник Московского авиационного института. 2018. Т. 25. № 2. С. 86-98.

  4. Ильинков А.В., Габдрахманов Р.Р., Такмовцев В.В., Щукин А.В. Влияние центробежных массовых сил на теплоотдачу при обтекании потоком воздуха вогнутой поверхности с поперечными выступами // Вестник Московского авиационного института. 2018. Т. 25. № 1. С. 39-48.

  5. Горелов Ю.Г., Строкач Е.А. Анализ закономерностей расчета коэффициента теплоотдачи от газа на входных кромках сопловых лопаток турбин высокого давления // Вестник Московского авиационного института. 2016. Т. 23. № 1. С. 80-85.

  6. Щербаков М.А., Воробьев Д.А., Маслаков С.А., Равикович Ю.А. Определение коэффициента теплоотдачи на пере лопатки турбины на нерасчётных режимах работы // Вестник Московского авиационного института. 2013. Т. 20. № 3. С. 95-103.

  7. Краева Е.М. Энергетические параметры высокооборотных насосов малого расхода // Вестник Московского авиационного института. 2011. Т. 18. № 3. С. 104-109.

  8. Зуев А.А., Назаров В.П., Арнгольд А.А., Петров И.М. Дисковое трение при определении баланса мощностей турбонасосных агрегатов жидкостных ракетных двигателей // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Аэрокосмическая техника. 2019. № 57. С. 17-31. DOI: 10.15593/2224-9982/2019.57.02

  9. Зуев А.А., Назаров В.П., Арнгольд А.А., Петров И.М. Методика определения дискового трения малорасходных центробежных насосов // Сибирский журнал науки и технологий. 2019. Т. 20. № 2. С. 219–227. DOI: 10.31772/2587-6066-2019-20-2-219-227

  10. Lai F., Zhu X., Li G., Zhu L., Wang F. Numerical Research on the Energy Loss of a Single-Stage Centrifugal Pump with Different Vaned Diffuser Outlet Diameters // Energy Procedia. 2019. Vol. 158, pp. 5523–5528. DOI: 10.1016/j.egypro.2019.01.592

  11. Jiang W., Li G., Liu P., Fu L. Numerical investigation of influence of the clocking effect on the unsteady pressure fluctuations and radial forces in the centrifugal pump with vaned diffuser // International Communications in Heat and Mass Transfer. 2016. Vol. 71, pp. 164–171. DOI: 10.1016/j.icheatmasstransfer.2015.12.025

  12. Lorusso M., Capurso T., Torresi M., Fortunato B., Fornarelli F., Camporeale S.M., Monteriso R. Efficient CFD evaluation of the NPSH for centrifugal pumps // Energy Procedia. 2017. Vol. 126, pp. 778–785. DOI: 10.1016/j.egypro.2017.08.262

  13. Wang C., Shi W., Wang X., Jiang X., Yang Y., Li W., Zhou L. Optimal design of multistage centrifugal pump based on the combined energy loss model and computational fluid dynamics // Applied Energy. 2017. Vol. 187, pp. 10–26. DOI: 10.1016/j.apenergy.2016.11.046

  14. Bakhshan Y., Omidvar A. Calculation of friction coefficient and analysis of fluid flow in a stepped micro-channel for wide range of Knudsen number using Lattice Boltzmann (MRT) method // Physica A: Statistical Mechanics and Its Applications. 2015. Vol. 440, pp. 161–175. DOI: 10.1016/j.physa.2015.08.012

  15. Basit M.A., Tian W., Chen R., Qiu S., Su G. Numerical study of laminar flow and friction characteristics in narrow channels under rolling conditions using MPS method // Nuclear Engineering and Technology. 2019. Vol. 51. No. 8, pp. 1886-1896. DOI: 10.1016/j.net.2019.06.001

  16. Галактионов А.Ю., Хлупнов А.И. Численный расчет нестационарных аэродинамических характеристик цилиндрических моделей в условиях сверхзвукового ламинарного обтекания // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение. 2015. № 5(104). C. 4–13. DOI: 10.18698/0236-3941-2015-5-4-13

  17. Афанасьев В.Н., Егоров К.С., Кон Дехай. Верификация моделей турбулентности при анализе структуры турбулентного пограничного слоя около прямоугольного выступа на пластине // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение. 2018. № 6. С. 72–89. DOI: 10.18698/0236-3941-2018-6-72-89

  18. Мартиросян А.А., Милешин В.И., Дружинин Я.М., Кожемяко П.Г. Расчетно-экспериментальное исследование аэродинамических характеристик биротативного вентилятора с использованием различных программных комплексов // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение. 2019. № 2. С. 115–130. DOI: 10.18698/0236-3941-2019-2-115-130

  19. Burger J., Haldenwang R., Alderman N. Friction factor-Reynolds number relationship for laminar flow of non-Newtonian fluids in open channels of different cross-sectional shapes // Chemical Engineering Science. 2010. Vol. 65. No. 11, pp. 3549–3556. DOI: 10.1016/j.ces.2010.02.040

  20. Горский В.В., Леонов А.Г., Локтионова А.Г. К вопросу о расчете конвективного теплообмена в ламинарно-турбулентном пограничном слое на непроницаемой поверхности полусферы // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение. 2019. № 3(126). С. 17–28. DOI: 10.18698/0236-3941-2019-3-17-28

  21. Зуев А.А., Назаров В.П., Арнгольд А.А. Определение локального коэффициента теплоотдачи с использованием модели температурного пограничного слоя в полостях вращения газовых турбин // Вестник Московского авиационного института. 2019. Т. 26. № 2. С. 99-115.

  22. Зимонт В.Л., Козлов В.Е., Прасковский А.А. Исследование турбулентного течения на начальном участке цилиндрического канала с острыми кромками // Ученые записки ЦАГИ. 1981. Т. XXII. № 1. С. 145-152.

  23. Ряжских А.В. О задаче идентификации начального гидродинамического участка при ламинарном течении ньютоновской жидкости в горизонтальном кольцевом канале // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Математика. Механика. Физика. 2017. Т. 9. № 3. С. 34-40. DOI: 10.14529/mmph170305

  24. Сабельников В.А., Смирных Е.А. Численный расчет турбулентного течения на начальном участке плоского канала c острыми кромками методом дискретных вихрей // Ученые записки ЦАГИ. 1985. Т. 16. № 4. С. 59-64.

  25. Симаков Н.Н. Численное моделирование и расчет начального участка турбулентной газовой струи // Известия высших учебных заведений. Серия: Химия и химическая технология. 2006. Т. 49. № 3. С. 93-97.

  26. Стерлигов В.А., Мануковская Т.Г. Теплообмен ламинарного потока жидкости на начальном участке трубчатого канала // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2010. Т. 6. № 7. С. 157-161.

  27. Durst F., Ray S.,Ünsal B., Bayoumi O.A. The development lengths of laminar pipe and channel Flows // Journal of Fluids Engineering. 2005. Vol. 127. No. 6, pp. 1154–1160. DOI: 10.1115/1.2063088

  28. Ряжских А.В. Гидродинамический начальный участок при течении высоковязкой ньютоновской жидкости в круглой трубе // Вестник Санкт-Петербургского университета. Прикладная математика. Информатика. Процессы управления. 2012. № 3. С. 98-102.

  29. Жуйков Д., Назаро в В.П. Численное моделирование течения в полостях вращения турбонасосного агрегата // Известия высших учебных заведений. Авиационная техника. 2016. № 1. С. 126-131.

  30. Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя / Пер. с нем. Г.А. Вольперта; Под ред. Л.Г. Лойцянского. – М.: Наука, 1974. – 712 с.

  31. Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи. – Изд. 2-е, стереотип. – М.: Энергия, 1977. – 344 с.

  32. Кейс В.М. Конвективный тепло- и массообмен/Пер. с англ. – М.: Энергия, 1972. – 448 с.

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 1994-2020