Научная электронная библиотека ULRICH'S Periodicals Directory

Сибирский государственный университет
науки и технологий имени академика М.Ф. Решетнева

Сибирский аэрокосмический журнал
ISSN 2712-8970 (Print) ISSN 2782-5760 (on-line)

Сведения об образовательной организации

UDK 627.9 Doi: 10.31772/2587-6066-2020-21-3-377-381
ДИНАМИКА ПОТОКА В РАДИАЛЬНО-КОЛЬЦЕВОЙ ПОЛОСТИ ТУРБОМАШИН
А. А. Кишкин, Ю. Н. Шевченко
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева; Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
В работе рассмотрена задача моделирования вращательного течения в радиально-кольцевой полости турбомашин с неподвижными стенками. Данный расчетный случай соответствует граничным условиям подводящего канала для радиальной центростремительной турбины. В представленной модели поток условно разделен на радиальное и окружное движение. Радиальная составляющая скорости определяется массовым расходом из уравнения неразрывности, окружная составляющая формируется тангенциальным канальным подводом. Основным уравнением при интегрировании является уравнение изменения количества движения для потока в форме уравнения Эйлера. В случае окружной составляющей скорости используется закон изменения момента количества движения при допущении потенциальности потока и постоянства момента количества движения в пределах шага интегрирования. В результате преобразований уравнений количества движения получены дифференциальные уравнения для радиальной и окружной составляющих скорости, а также для статического давления, представляющие определенную систему трех уравнений с тремя неизвестными. Система уравнений позволяет вести интегрирование при известных граничных условиях на входе, в результате интегрирования возможно получить поле распределений скоростей и давлений по радиусу радиально-кольцевой полости. Результаты исследования могут быть использованы при моделировании окружных и радиальных усилий на ротор (рабочее колесо) турбомашин.
Ключевые слова: радиально-кольцевая полость, турбомашина, динамика потока, уравнения неразрывности, уравнения Эйлера, граничные условия, рабочее колесо.
References

1. Experimental investigation of boundary layer relaminarization in accelerated flow / Bader P., Pschernig M., Sanz W. et al. // Journal of Fluids Engineering, Transactions of the ASME. 2018. Vol. 140, Issue 8. P. 081201.
2. Ju G., Li J., Li K. A novel variational method for 3D viscous flow in flow channel of turbomachines based on differential geometry // Applicable Analysis. 2020. Vol. 99, Iss. 13. P. 2322–2338.
3. Takizawa K., Tezduyar T. E., Hattori H. Computational analysis of flow-driven string dynamics in turbomachinery // Computers and Fluids. 2017. Vol. 142. P. 109–117.
4. Fast design procedure for turboexpanders in pressure energy recovery applications / Morgese G., Fornarelli F., Oresta P. et al. // Energies. 2020. Vol. 13, Iss. 14. P. 3669.
5. Agromayor R., Müller B., Nord L.O. Onedimensional annular diffuser model for preliminary turbomachinery design // International Journal of Turbomachinery, Propulsion and Power. 2019. Vol. 4, Iss. 3. DOI: 10.3390/ijtpp4030031.
6. Gregory-Smith D. G., Crossland S. C. Prediction of turbomachinery flow physics from CFD: review of recent computations of APPACET test cases // Task quarterly. 2001. No. 5 (4). P. 407–432.
7. Поташев А. В., Поташева Е. В. Проектирование рабочих колес турбомашин на основе решения обратных краевых задач // Ученые записки Казанского ун-та. Серия: Физ.-мат. науки. 2015. № 157 (1). С. 128–140.
8. Chang H., Zhu F., Jin D., Gui X. Effect of blade sweep on inlet flow in axial compressor cascades // Chinese Journal of Aeronautics. 2015. Vol. 28, No. 1. P. 103–111.
9. Xu H., Chang H., Jin D., Gui X. Blade bowing effects on radial equilibrium of inlet flow in axial compressor cascades // Chinese Journal of Aeronautics. 2017. No. 30(5). P. 1651–1659.
10. Кудрявцев И. А., Ласкин А. С. Аэродинамическое совершенствование входных устройств цилиндров высокого давления мощных паровых турбин на основе численного моделирования // Научно-технические ведомости СПбПУ. Естественные и инженерные науки. 2016. № 1 (238), С. 7–18.
11. Кривошеев И. А., Осипов Е. В. Использование экспериментальных методов совершенствования характеристик газового тракта турбин ГТД // Вестник Уфимского гос. авиационного техн. ун-та. 2010. № 14 (3 (38)). С. 3–15.
12. Жуйков Д. А., Кишкин А. А., Зуев А. А. Расчет осевой силы при течении в торцевых щелях турбомашин // Известия вузов. Северо-Кавказский регион. Техн. науки. 2013. № 1 (170). С. 24–27.
13. Смирнов П. Н., Кишкин А. А., Жуйков Д. А. Расчетное моделирование течения в полости дискового насоса // Вестник СибГАУ. 2011. № 4 (37). С. 196–201.
14. Дисковое трение при определении баланса мощностей турбонасосных агрегатов жидкостных ракетных двигателей / А. А. Зуев, В. П. Назаров, А. А. Арнгольд и др. // Вестник Пермского нац. исследовательского политехн. ун-та. Аэрокосмическая техника. 2019. № 57. С. 17–31.
15. Момент сопротивления диска, вращающегося в потоке, закрученном по закону твердого тела / П. Н. Смирнов, А. А. Кишкин, Д. А. Жуйков и др. // Известия вузов. Северо-Кавказский регион. Техн. науки. 2012. № 2. С. 36–41.


Кишкин Александр Анатольевич – доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой холодильной, криогенной техники и кондиционирования; Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева. E-mail: spsp99@mail.ru.
Шевченко Юлия Николаевна – заведующий лабораториями кафедры холодильной, криогенной техники и кондиционирования; Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева. E-mail: gift_23j@mail.ru.


  ДИНАМИКА ПОТОКА В РАДИАЛЬНО-КОЛЬЦЕВОЙ ПОЛОСТИ ТУРБОМАШИН