Течение двухфазного потока в стационарном поле инерционных сил Текст научной статьи по специальности «Физика»

Двигатели, энергетические установку и системы жизнеобеспечения летательныхi аппаратов

Q\ =

Q

d2sîh'

где п - частота вращения, мин Б - наружный диаметр рабочего колеса, м, можно получить безразмерный комплекс Л, связывающий характеристики ЭНА с одинаковыми значениями п5 но разного масштабного фактора:

л = Л

d2 .

(2)

Для получения зависимости, связывающей характеристики ЭНА при различных значениях п5 с диаметром рабочего колеса Б2, воспользовались выборкой данных по различным вариантам центробежных ЭНА, удовлетворяющих требованиям - достаточно высокий гидравлический КПД, близкий к теоретически максимально и монотонности характеристики Н = ДО) (критерий обеспечения устойчивости).

Полученная в итоге зависимость имеет вид

Л = -0,9.10-

nS + 0,025nS - 0,009 7,

(3)

0 20 40

♦ 8 лучших ЭНА —

60 80 - Аппроксим XA2

а ее график представлен на рисунке.

Таким образом, была получена методика оценки влияния наружного диаметра рабочего колеса на устойчивость характеристики центробежного ЭНА в условиях двухфазной СТР.

Зависимость параметра Л от быстроходности ЭНА

Библиографические ссылки

1. Голубев А. И. Лабиринтно-винтовые насосы и уплотнения для агрессивных сред. М. : Машиностроение, 1981.

2. Логанов А. А., Соколов М. И. Оценка резервов повышения эффективности конструкций агрегатов терморегулирования модуля служебных систем космических аппаратов // Авиакосмическое приборостроение. 2007. № 10. С. 41-44.

3. Васильцов О. А., Невелич В. Г. Герметичные электронасосы. Л. : Машиностроение, 1968.

4. Кривченко Г. И. Насосы и гидротурбины. М. : Энергия, 1970.

A. A. Loganov, A. A. Lekanov, V. V. Dvirnyi JSC «Academician M. F. Reshetnev «Information Satellite Systems», Russia, Zheleznogorsk

FEATURES OF ENSURE OF THE GIVEN CHARACTERISTICS OF THE TWO-PHASE THERMAL CONTROL SYSTEM ELECTROPUMP UNIT

In this article conditions of functioning of pump unit in active two-phase system of spacecrafts thermo control are considered. The main problem of ensuring of goal function fulfilling ofpump unit - instability of spend-pressure characteristic - is solved. The solution of this problem by defining of outer diameter ofpump unit running wheel in the condition of minimization of characteristic instability effect is offered.

© Horaraœ A. A., HeKaHOB A. B., ^bhphlih B. B., 2010

УДК 629.7.01-532.5

М. Г. Мелкозеров, А. В. Делков, А. А. Ходенков

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

ТЕЧЕНИЕ ДВУХФАЗНОГО ПОТОКА В СТАЦИОНАРНОМ ПОЛЕ ИНЕРЦИОННЫХ СИЛ

Оценивается влияние гравитационного поля на течение механической смеси жидкости и газа в горизонтальной трубе. Рассматриваются проблемы и перспективы моделирования поведения потоков в полях инерционных сил.

Двухфазные потоки нередко встречаются в пнев-могидросистемах (ПГС) технических устройств. В зависимости от природы возникновения такие смеси могут быть двухкомпонентными, когда фазы составляют разные вещества (например вода и воздух), и однокомпонентными, когда фазы - агрегатные со-

стояния одного вещества (например жидкий фреон и его пар).

Первый вид смеси может возникнуть при проникновении воздуха в систему на этапе монтажа или при отсутствии герметичности. Второй вид возможен при проявлении кавитации в элементах ПГС. Отличитель-

Фешетневские чтения

ная особенность однокомпонентных потоков - наличие фазовых переходов. Если ими пренебречь, поток можно рассматривать как двухкомпонентный, - механическую смесь жидкости и газа.

Наличие двухфазных сред ухудшает работу системы: снижается производительность насосов, увеличивается объем рабочей среды. Такие потоки имеют специфические особенности механических потерь, теплообмена, распределения скоростей и т. д. Для оценки эффективности работы ПГС возникает необходимость их расчета.

Течение двухфазных потоков подчиняется всем основным законам сохранения. Однако их система сложна ввиду наличия большого числа основных параметров, влияющих на поведение потока. На практике применяются упрощенные модели течения (например модель раздельного течения, модель потока дрейфа и т. д., - в зависимости от интересующих факторов).

Особенность двухфазного потока - плотностная неоднородность, поэтому инерционные (в частности гравитационные) нагрузки оказывают на него значительное влияние. Особенно значима оценка этого влияния для систем космического аппарата, где могут наблюдаться значительные ускорения на активных режимах.

Рассмотрим поведение газожидкостной смеси в поле силы тяжести (см. рисунок). В жидкости возникают градиенты давления, вследствие чего на газовые пузыри действует выталкивающая сила. В условиях статичности среды это приводит к разделению фаз (этот принцип используется, например, в гравитационных сепараторах нефти). Условия движения потока приводят к постепенной дифференциации газовой фазы с градиентом газосодержания, направленным в плоскости, ортогональной движению потока, против направления ускорения.

Т1 12

Гетерогенный поток в гравитационном поле

При неизменных объеме и форме пузырька действующая на него выталкивающая сила обусловливает вертикальную компоненту скорости вида Vy = /2, где ] - ускорение (в данном случае ускорение свободного падения g). При учете постоянной скорости по-

тока Ух траектория всплытия - квадратичная парабола (траектория Т1 на рисунке). Однако при всплытии пузырек будет преодолевать сопротивление воды, теряя механическую энергию, поэтому скорость всплытия Уу будет меньше, и, соответственно, траектория будет более пологой (траектория Т2 на рисунке).

В вышеприведенном описании предполагалась пузырьковая структура потока (мелкие пузырьки газа распределены в непрерывной жидкости). Структура зависит от нескольких факторов (главным образом, от газосодержания и инерционных полей). Исследователи [1; 2] выделяют пробковые, расслоенные, волновые, кольцевые и т. д. структуры. Очевидно, в зависимости от формы присутствия газовой фазы в потоке, влияние инерционных полей будет различным.

Пузырек при всплытии меняет границы, а значит, меняется и значение выталкивающей силы. Кроме того, изменение границ вызывает изменение объема и траектории всплытия. (Например, в работе С. С. Ку-тателадзе [1] описаны флуктуации пузырька около вертикального направления при всплытии). Специфичность двухфазного потока порождает проблемы его анализа и моделирования. Не последнюю роль здесь играют полуэмпирические корреляции, основанные на экспериментальных данных. Для оценки поведения потока в поле инерционных сил целесообразно использовать гетерогенную модель (рассматривающую движение фаз отдельно друг от друга) с учетом граничных взаимодействий.

Верификатором той или иной модели течения по-прежнему остаются натурные испытания. Методы вычислительной гидрогазодинамики в этом положении могут служить для оценки поведения потока при учете тех или иных факторов в определенном приближении к реальным течениям.

Исследование двухфазных потоков - перспективная задача, находящая множество технических приложений. Существующие модели описывают лишь основные его особенности для каждого конкретного случая. Таким образом, специфические явления и закономерности течения двухфазных потоков еще предстоит исследовать.

Библиографические ссылки

1. Кутателадзе С. С., Стырикович М. А. Гидродинамика газожидкостных систем. М. : Энергия, 1976.

2. Чисхолм Д. Двухфазные течения в трубопроводах и теплообменниках : пер. с англ. 1-е изд. М. : Недра, 1986.

M. G. Melkozerov, A. V. Delkov, A. A. Hodenkov Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev, Russia, Krasnoyarsk

CURRENT OF THE TWO-PHASE FLOW IN A STATIONARY FIELD OF INERTIAL FORCES

Influence of a gravitational field on a current of a mechanical mix of a liquid and gas in a horizontal pipe is estimated. Problems and prospects of modeling of behavior of streams in fields of inertial forces are considered.

© Memo3epoB M. r., ^ejiKOB A. B., XogeHKOB A. A., 2010