*гидродинамический анализ обтекания лопасти рабочего колеса гидромашины Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Двигатели, энергетические установки и системы терморегулирования космическиХ.аппаратов

A. A. Kishkin, P. N. Smirnov, S. I. Pshenko Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev, Russia, Krasnoyarsk

TO THE STATEMENT OF THE PROBLEM OF DISK PUMP INVESTIGATION

Disk pumps, despite low power characteristics, have conclusive advantage on cavitation qualities before wide-spreading blade pumps. The maximum frequency of rotation also is reached on a shaft of the disk pump. The pumps differ in small noise level, manufacturing simplicity and low cost. Disk pumps are capable to pump over metal and liquid suspensions at their rather small deterioration.

© Кишкин А. А., Смирнов П. Н., Пшенко С. И., 2009

УДК 621.455-181.4:629.78

М. В.

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Россия, Красноярск

ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ОБТЕКАНИЯ ЛОПАСТИ РАБОЧЕГО КОЛЕСА ГИДРОМАШИНЫ*

Приводятся расчетные соотношения по обтеканию лопасти гидромашины, которые позволяют оценить отрывной характер обтекания лопасти и условия отрывного течения.

В межлопаточном канале рабочего колеса образующие осесимметричной поверхности линий токов параллельны основному и покрывному дискам, которые обычно перпендикулярны оси вращения. Угол наклона покрывного диска к плоскости вращения - менее 10°. На этом основании принято, что ось г совпадает с осью вращения, тогда м> = w2, wx = м>у = 0.

Для ламинарного потока с градиентом давления по длине канала безотрывное течение реализуется только при очень малой диффузорности. Условие безотрывного течения в диффузорном канале в виде уравнений изменения скорости W(x) и толщины ламинарного пограничного слоя 5(х) запишется как

(

W( x) < w1

1 +1 -

V • x

WA

(1)

S(*) < S

1 +1 -

V • x

W2 S1

(2)

Для линейного распределения скорости потока в канале W(x) = w1R1lx1 решение уравнений (1) и (2) дает значение точки отрыва:

(

x = R

1 +100

100v•x

w1s2

Y

(3)

Из уравнения (3) следует, что точка отрыва в диффузорном канале с плоскими стенками не зависит от угла раствора канала и имеет место при хотр = 1,2^^ возникая при малой степени замедления потока, которая пропорциональна х-0'1. Следует отметить, что значение точки отрыва в уравнении (3) получено без учета вытесняющего действия пограничного слоя.

Таким образом, даже при безударном натека-нии потока диффузорный характер течения обеспечивает отрыв пограничного слоя на передней стороне лопатки.

Работа выполнена при финансовой поддержке гранта АВЦП РНП ВШ № 2.1.2/802.

Фешетневскцие чтения

M. V. Кгaev

Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev, Russia, Krasnoyarsk

THE HYDRODYNAMICAL ANALYSIS OF THE BLADE FLOW IN THE OPEN-TYPE IMPELLERS OF THE HYDROMACHINE

The calculated ratios to a hydromachine blade flow are given. The ratios allows evaluating non-continuous type of the blade flow and the conditions of non-continuous flow.

© Краев М. В., 2009

УДК 621.45-181.4:629.78

М. В.

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Россия, Красноярск

РАСЧЕТ И ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОТОЧНОЙ ЧАСТИ ЦЕНТРОБЕЖНОГО ВЫСОКООБОРОТНОГО НАСОСА

На основе струйно-вихревой модели гидродинамики проточной части высокооборотного центробежного насоса с открытым рабочим колесом представлены расчетные соотношения для проектирования и оптимизации конструктивных параметров насоса, подтвержденные экспериментально.

Центробежные высокооборотные насосы (ЦВН) при угловой скорости ротора ю до 10 000 рад/с широко используются в составе турбонасосных агрегатов жидкостных ракетных двигателей малой тяги и энергоустановок летательных аппаратов, что обусловливается широким диапазоном изменения их режимных параметров. Например, при угловой скорости от 3 000 до 10 000 рад/с значение V/ ю достигает величин менее 10-7 м3 при числе Rem > 105. Снижение подачи V в таких насосах, наряду с повышением угловой скорости ротора, приводит к уменьшению V / ю обычно меньше значения (V/ю) = 1-10-6 м3, предельно допустимого для центробежных насосов с закрытым рабочим колесом (РК) [1], поэтому широко используются ЦВН с полуоткрытым и открытым рабочим колесом.

При обтекании прямоугольной впадины для различных соотношений ширины и высоты канала — = 3; 2; 1; 0,5 М. Ван-Дайком были представ-h

лены картины визуализации течений, аналогичных обтеканию каналов открытых РК [2]. Анализ картин визуализации течений показал, что по мере уменьшения ширины впадины под первичным вихрем начинает расти вторичный. При стремлении к нулю отношения ширины к высоте образуется бесконечная последовательность вихрей, причем каждый из вихрей слабее своего предше-

ственника. С целью уточнения основных особенностей гидродинамики в каналах полуоткрытого и открытого РК проведен ряд экспериментов, в том числе и по визуализации течения в таких колесах [3].

На основании исследований по визуализации и измерению гидродинамических параметров потока в зазоре между вращающимися РК с открытыми торцами лопаток и гладким корпусом можно представить модель струйно-вихревого обтекания каналов РК. Поток жидкости в межлопаточном канале такого РК подвергается непосредственному силовому воздействию. Жидкость в осевом зазоре а1 закручивается за счет сил трения и проскальзывает относительно торцев лопаток РК. Таким образом, на одном и том же радиусе частицы жидкости в канале и осевом зазоре а1 движутся с различной окружной скоростью, что приводит к относительному их перемещению в радиальном и осевом направлениях. Следовательно, как на входном участке РК, так и по его радиусу не вся проточная часть каналов колеса заполнена потоком.

При испытании в широком диапазоне изменения режимных параметров насоса (V = 0___1,5

Уном) и изменением осевого зазора от 0,5 до 3 мм было отмечено, что для различных радиусов соблюдается постоянство отношения радиальной составляющей скорости от окружной:

/ и = фл. Это дает основание выразить ско-