CC BY
8
Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2018. Том 1
УДК 629
ОСОБЕННОСТИ РАСЧЕТА ПАРАМЕТРОВ ПОТОКА ПРИ ТЕЧЕНИИ В КРИВОЛИНЕЙНЫХ КАНАЛАХ
Ю. Н. Шевченко, А. А. Кишкин, А. В. Делков, М. М. Попугаев, В. С. Галимов
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
Е-mail: delkov-mx01@mail.ru
Рассматривается постановка задачи и основные проблемы при моделировании течений с разворотом потока. Приводится методика расчета параметров потока при течении в криволинейных каналах. Оцениваются перспективы предлагаемой методики.
Ключевые слова: поток, криволинейный канал, методика.
FEATURES OF CALCULATING THE PARAMETERS OF THE FLOW IN THE CURRENCY CHANNELS
Yu. N. Shevchenko, A. A. Kishkin, A. V. Delkov, M. M. Popugaev, V. S. Galimov
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation Е-mail: delkov-mx01@mail.ru
This article covered the main problems in the modeling of flows with a reversal of the flow. The technique of calculating flow parameters for flow in curvilinear channels is given. The prospects of the proposed methodology are estimated.
Keywords: flow, currency channel, technique.
В настоящее время вопрос разработки методики расчета параметров потока при течении в криволинейных каналах является актуальной научно-технической задачей. Течение подобного рода часто встречается в агрегатах установок космической и авиационной техники, теплообмен-ном оборудовании, в установках по преобразованию различных типов энергии.
Повышенные требования по удельным энергетическим и эксплуатационным характеристикам систем авиационной и ракетно-космической техники влекут за собой необходимость углубленного понимания и более достоверного моделирования протекающих процессов, создания новых алгоритмов и методик [1].
При движении газов и жидкостей в криволинейных каналах возникают специфические явления. Вследствие движения вещества по криволинейным траекториям возникают центробежные силы, зависящие от радиуса, что обуславливает возникновение поперечного градиента давлений при развороте потока. В результате в канале образуются вторичные вихревые течения.
На вторичное течение затрачивается кинетическая энергия потока, что приводит к возникновению потерь энергии. Структура вторичного течения зависит от геометрических характеристик канала [2].
Очевидно, что для исследования картины течения в случае поворота потока следует использовать трехмерные модели течения. При исследовании пространственных течений используют различные системы координат. Такой подход не только упрощает описание картины течения, но иногда просто необходим: от выбора системы координат зависит возможность разделения переменных в дифференциальных уравнениях и удовлетворения граничным условиям.
Для эффективного выбора метода решения и построения расчетного алгоритма необходимо привести систему уравнений импульсов ППС к виду, определенному по переменным и позво-
Секция «Моделирование физико-механических и тепловых процессов в машинах и аппаратах»
ляющему вести как численное интегрирование в общем случае, так и аналитическое в частных случаях.
Для исследования течений в криволинейных каналах предложена методика [3] получения достоверной математической модели течения жидкости в пространственном пограничном слое на основе решения уравнения импульсов совместно с градиентным профилем распределения скорости и ламинарным законом трения. Разработан алгоритм расчета параметров течения в криволинейном канале. Разработанный алгоритм имеет широкую область применения, в частности моделирование течений характерных полостям энергетических установок космических аппаратов и реализован в программное обеспечение.
Исходными данными для алгоритмов являются геометрические параметры полостей течения, режимные параметры. Алгоритм позволяет определять следующие параметры: окружную, осевую и радиальную составляющие скорости жидкости в каждой точке ядра, полное, статическое давление, толщину потери импульса. Основным преимуществом алгоритма по сравнению с алгоритмами, основанными на эмпирических зависимостях, является относительно широкая область применения. Алгоритм расчета течения в криволинейном канале реализован в программное обеспечение, которое позволяет рассчитывать полости течения различной формы, строить двумерные семейства характеристик различных параметров потока в зависимости от геометрических и режимных параметров.
Результаты расчёта удовлетворительно согласуются с результатами визуализации донных линий тока при течении в прямоугольном канале с цилиндрическими боковыми стенками по окружным направляющим.
Библиографические ссылки
1. Экспериментальные исследования течения несжимаемой вязкой жидкости в торцевой щели между вращающимся диском и неподвижной стенкой / Д. А. Жуйков, В. О. Фальков, А. А. Кишкин и др. // Вестник СибГАУ. 2012. № 5 (45). С. 123-126.
2. Зезин В. И. Гидрогазодинамика : учеб. пособие. Челябинск : Изд-во ЮУрГУ, 2010. 100 с.
3. К расчету пространственного пограничного слоя при развороте потока в круговом секторе / Д. В. Черненко, Е. В. Черненко, А. А. Зуев и др. // Изв. вузов. Сев.-Кав. регион. Сер. Технические науки. 2009. № 1. С. 15-18.
© Шевченко Ю. Н., Кишкин А. А., Делков А. В., Попугаев М. М., Галимов В. С., 2018
