К расчету структуры потока в каналах высокооборотного центробежного колеса Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Ракетно-космические двигатели, энергетические установки и системы терморегулирования летательных аппаратов

Библиографические ссылки

1. Бухаркин В. Б., Краев В. М. Влияние гидродинамической нестационарности на теплообмен и гидравлическое сопротивление в трубе // Тр. 3-й Рос. нац. конф. по теплообмену. М. : Изд-во МЭИ, 2002. Т. 2. С. 71-74.

2. Краев В. М. Влияние гидродинамической нестационарности на коэффициенты теплоотдачи и гидрав-

лического сопротивления при турбулентном течении теплоносителя в трубе // Вестник Моск. авиац. ин-та. 2005. Т. 12. № 2. С. 39-45.

3. Краев В. М. Теплообмен и гидродинамика турбулентных течений в условиях гидродинамической нестационарности // Изв. вузов. Авиац. техника. 2005. № 3. С. 39-42.

V. M. Kraev

Moscow Aviation Institute (State Technical University), Russia, Moscow

ABOUT A PHYSICAL FENOMENA OF HYDRODYNAMIC UNSTEADINESS INFLUENCE ON TURBULENT FLOW

The author presents analysis of influence of non-isothermal conditions and hydrodynamic unsteadiness on generation and development of turbulence. The physical model of unsteady turbulent flow, based on experimental data of turbulent structure is presented as well.

© Краев В. М., 2011

УДК 621.45-181.4:629.78

Е. М. Краева

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

К РАСЧЕТУ СТРУКТУРЫ ПОТОКА В КАНАЛАХ ВЫСОКООБОРОТНОГО ЦЕНТРОБЕЖНОГО КОЛЕСА*

С учетом особенностей обтекания входной кромки лопатки высокооборотного центробежного колеса выполнен анализ пограничных слоев на поверхности межлопаточного канала.

Рассмотрим структуру гидродинамического потока для режима, когда точка раздвоения линии тока совпадает с точкой, в которой пересекаются входная и боковая кромки профиля лопатки центробежного колеса (ЦБК) [1].

Поток в каналах рабочего колеса (РК) формируется при обтекании входных кромок лопаток, имеющих конечную толщину 5л с прямой формой входной кромки или в виде клина длиной /кл < 10 мм, величиной < 2 мм и углом установки Р1л средней линии профиля лопатки. На напорной стороне лопатки пограничный слой не только определяется характеристиками набегающего потока, но и оказывает на него обратное влияние через толщину вытеснения 5*, что приводит к изменению гидравлического угла установки лопатки от геометрического на величину ДРл (см. рисунок).

Оценим влияние вытесняющего действия пограничного слоя в области входа на лопатку. С учетом толщины вытеснения пограничного слоя набегающее-

го потока угол натекания гидродинамического потока вязкой жидкости определится по формуле

5*

Р = Ры +агсс1я —,

' I. * I

где 5* - толщина вытеснения, которую можно оценить, используя известные из теории пограничного слоя соотношения при обтекании с градиентом давления [2].

Расчетная схема угла натекания потока на лопатку: 1 - пограничный слой; 2 - лопатка

*Работа выполнена при финансовой поддержке грантов ФЦП НК-711 П.1.2.1, ГК № П231 от 23.04.2010 г. и Президента РФ № МК-1115.2010.8.

Решетневскце чтения

Следует отметить, что конечная толщина лопатки и параметры ее входной кромки, формируя структуру потока на входе в межлопаточный канал, оказывают на него подтормаживающее действие, и вытесняющее -за счет конечной толщины лопатки 5л и различного угла натекания гидродинамического потока разного расхода.

Анализ и расчеты параметров пограничного слоя в каналах ЦБК выполнялись на основе приближенного решения уравнений пограничного слоя, предложенного К. Польгаузеном [2]. Обтекание входной кромки лопатки рабочей решетки профилей принималось эквивалентным обтеканию потоком вязкой жидкости окрестности передней критической точки клина с переменным углом раскрытия. При анализе пограничных слоев на каждой из поверхностей канала ЦБК пренебрегалось эффектами, связанными с течением в углах. Такое допущение при течении в геометрически диффузорном канале общепринято [1] и позволяет моделировать реальную ситуацию с достаточной точностью.

Очевидно, что качество приближенного расчета будет зависеть от степени точности выбранного распределения профиля скоростей

w

—=f w

( \ Z

8( z ).

= f (h):

где h =

d( z )

- безразмерное расстояние от стенки,

полученное делением размерной величины расстояния ъ по нормали от тела на толщину пограничного слоя 8(г). Сама функция /зависит только от ^,

чем выражается предположение об аффинности профилей скоростей [2].

Приближенный метод расчета параметров пограничного слоя в решетке профилей лопаток ЦБК имеет допущения, связанные, в частности, с расчетом не каждой отдельной струйки потока, а решением дифференциальных уравнений пограничного слоя только по средним его параметрам. Известно [2], что рассмотренные классы течения имеют аффинноподобные профили скоростей, что позволяет выполнить точные решения уравнений пограничного слоя, так называемые автомодельные решения. Точное решение задачи осесимметричного течения для рассматриваемого случая обтекания клина в решетке профилей выполнил Д. Хартри. В работе [3] при анализе течения около передней точки клиновидного тела для двух значений углов натекания у = 0 и у = 36° показано практическое совпадение профилей скорости, полученных при точном и приближенных решениях. Данные решения позволяют с достаточной точностью определить силы трения и гидравлические качества РК ЦБН с учетом реальной гидродинамической картины течений потока вязкой жидкости в решетке профилей лопаток центробежной гидромашины.

Библиографические ссылки

1. Высокооборотные лопаточные насосы / Б. И. Боровский, Н. С. Ершов, Б. В. Овсянников и др. ; под ред. Б. В. Овсянникова, В. Ф. Чебаевского. М. : Машиностроение, 1975.

2. Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя. М. : Наука, 1969.

3. Краева Е. М. Теоретический анализ обтекания решетки профилей малорасходных центробежных насосов потоком вязкой жидкости // Вестник СибГАУ. Вып. 1(27). 2010. С. 96-99.

E. M. Kraeva

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

TO CALCULATION OF STRUCTURE OF FLOW IN CHANNELS OF HIGH-SPEED CENTRIFUGAL WHEEL

The article presents analysis of boundary layers on the surface of the interscapular channel. The analysis takes into account the flow inlet of edge blade of high-speed centrifugal wheel.

© Краева Е. М., 2011

z