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 УДК 621.454.2 Doi: 10.31772/2712-8970-2022-23-2-242-261
Динамика потока на участках элементов тракта подачи турбонасосного агрегата жидкостных ракетных двигателей
Арнгольд А. А., Зуев А. А., Толстопятов М. И., Дубынин П. А.
АО «Красноярский машиностроительный завод», Российская Федерация, 660123, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 29; Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева, Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
В работе исследуются участки динамически нестабилизированных течений, характерных для элементов проточных частей турбонасосных агрегатов жидкостных ракетных двигателей; участки прямоугольного переменного сечения, цилиндрического переменного сечения, вращательных течений в полостях с неподвижными стенками, неподвижной и вращающейся стенками. К характерным элементам относятся: подводящие и отводящие аппараты, боковые полости между ро-тором и статором, полости гидродинамических уплотнений и элементы межлопаточного канала центробежных насосов и газовых турбин. Ввиду характерных особенностей режимных и конструктивных параметров, начальные участ-динамически нестабилизированных течений являются преобладающими в проточных частях агрегатов подачи. Данные участки оказывают существенное влияние на энергетические параметры агрегата и влияют на теплообменные процессы и, как следствие, на надежность элементов конструкций. В характерных элементах систем подачи реализуется как ламинарный, так и турбулентный режимы течения рабочего тела. С использованием методов теории пространственного пограничного слоя, определены характерные параметры пограничного слоя, такие как: толщина динамического пограничного слоя, вытеснения и потери импульса. Получены зависимости для определения скорости ядра течения, необходимые для оценки потерь в зависимости от длины характерных участков. В целях достоверного определения энергетических параметров необходим корректный выбор законов трения и профилей скорости в пограничном слое и учет начального участка. Полученные зависимости учитывают профиль распределения скорости в пограничном слое на характерных участках для случаев ламинарного и турбулентного режимов.
Ключевые слова: участок динамически нестабилизированного течения, скорость, потери по длине, пространственный пограничный слой.
References

1.  Киселев Ф. Д. Диагностика разрушений и оценка эксплуатационной работоспособности рабочих турбинных лопаток авиационных двигателей // Вестник Московского авиационного ин-та. 2019. Т. 26. № 4. С. 108–122.

2.  Григорьев В. А., Загребельный А. О., Калабухов Д. С. Совершенствование параметрической модели массы газотурбинного двигателя со свободной турбиной для вертолетов // Вестник Московского авиационного ин-та. 2019. Т. 26. № 3. С. 137–143.

3.  Милешин В. И., Семёнкин В. Г. Расчетное исследование влияния числа рейнольдса на характеристики первой типовой ступени компрессора высокого давления // Вестник Московского авиационного ин-та. 2018. Т. 25. № 2. С. 86–98.

4.  Влияние центробежных массовых сил на теплоотдачу при обтекании потоком воздуха вогнутой поверхности с поперечными выступами/ А. В. Ильинков, Р. Р. Габдрахманов, В. В. Такмовцев, А. В. Щукин // Вестник Московского авиационного ин-та. 2018. Т. 25. № 1. С. 39–48.

5.  Горелов Ю. Г., Строкач Е. А. Анализ закономерностей расчета коэффициента теплоотдачи от газа на входных кромках сопловых лопаток турбин высокого давления // Вестник Московского авиационного ин-та. 2016. Т. 23. № 1. С. 80–85.

6.  Определение коэффициента теплоотдачи на пере лопатки турбины на нерасчётных режимах работы / М. А. Щербаков, Д. А. Воробьев, С. А. Маслаков, Ю. А. Равикович // Вестник Московского авиационного ин-та. 2013. Т. 20. № 3. С. 95–103.

7.  Краева Е. М. Энергетические параметры высокооборотных насосов малого расхода // Вестник Московского авиационного ин-та. 2011. Т. 18. № 3. С. 104–109.

8.  Дисковое трение при определении баланса мощностей турбонасосных агрегатов жидкостных ракетных двигателей / А. А. Зуев, В. П. Назаров, А. А. Арнгольд, И. М.  Петров // Вестник Пермского нац. исследоват. политехн. ун-та. Аэрокосмическая техника. 2019. № 57.
С. 17–31.

9.  Методика определения дискового трения малорасходных центробежных насосов /
А. А. Зуев, В. П. Назаров, А. А. Арнгольд, И. М. Петров // СибЖНТ. 2019. Т. 20, № 2. С. 219–227. Doi: 10.31772/2587-6066-2019-20-2-219-227.

10.  Numerical Research on the Energy Loss of a Single-Stage Centrifugal Pump with Different Vaned Diffuser Outlet Diameters./ F. Lai, X. Zhu, G. Li, L. Zhu,  F. Wang // EnergyProcedia. 2019. Vol. 158. P. 5523–5528. Doi:10.1016/j.egypro.2019.01.592.

11.  Numerical investigation of influence of the clocking effect on the unsteady pressure fluctuations and radial forces in the centrifugal pump with vaned diffuser / W. Jiang, G. Li, P. Liu, L. Fu // International Communications in Heat and Mass Transfer. 2016. Vol. 71. P. 164–171. Doi: 10.1016/ j.icheatmasstransfer.2015.12.025.

12.  Efficient CFD evaluation of the NPSH for centrifugal pumps / M. Lorusso, T. Capurso,
M. Torresi et al. // Energy Procedia. 2017. Vol. 126. P. 778–785. Doi:10.1016/j.egypro.2017.08.262.

13.  Optimal design of multistage centrifugal pump based on the combined energy loss model and computational fluid dynamics / C. Wang, W. Shi, X. Wang et al. // AppliedEnergy. 2017. Vol. 187.
P. 10–26. Doi:10.1016/j.apenergy.2016.11.046.

14.  Bakhshan Y., Omidvar A. Calculation of friction coefficient and analysis of fluid flow in
a stepped micro-channel for wide range of Knudsen number using Lattice Boltzmann (MRT) method. // Physica A: Statistical Mechanics and Its Applications. 2015. Vol. 440. P. 161–175. Doi:10.1016/j.physa.2015.08.012.

15.  Numerical study of laminar flow and friction characteristics in narrow channels under rolling conditions using MPS method / M. A. Basit, W. Tian, R. Chen et al. // Nuclear Engineering and Technology. 2019. Doi:10.1016/j.net.2019.06.001.

16.  Галактионов А. Ю., Хлупнов А. И. Численный расчет нестационарных аэродинамических характеристик цилиндрических моделей в условиях сверхзвукового ламинарного обтекания // Вестник МГТУ им. Н. Э. Баумана. Сер. Машиностроение. 2015. № 5. C. 4–13. Doi: 10.18698/0236-3941-2015-5-4-13.

17.  Афанасьев В. Н., Егоров К. С., Кон Дехай. Верификация моделей турбулентности при анализе структуры турбулентного пограничного слоя около прямоугольного выступа на пластине // Вестник МГТУ им. Н. Э. Баумана. Сер. Машиностроение. 2018. № 6. С. 72–89. Doi: 10.18698/0236-3941-2018-6-72-89.

18.  Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя М. : Наука, 1974. 712 с.


Арнгольд Анна Анатольевна – начальник бюро спецсоединителей, приборов и пультов аппаратуры;
АО «Красноярский машиностроительный завод». E-mail: arngoldanna@mail.ru.

Зуев Александр Александрович – доктор технических наук, доцент; Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева. E-mail: dla2011@inbox.ru.

Толстопятов Михаил Игоревич – кандидат технических наук, доцент кафедры двигателей летательных аппаратов; Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева. E-mail: 89130399999@mail.ru.

Дубынин Павел Алексеевич – аспирант кафедры двигателей летательных аппаратов; Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева. E-mail: pavel.dubynin@mail.ru.

 


  Динамика потока на участках элементов тракта подачи турбонасосного агрегата жидкостных ракетных двигателей