Особенности вихревого потока в поле центробежных сил Текст научной статьи по специальности «Физика»

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

G. M. Popov, O. V. Baturin, D. A. Kolmakova, A. V. Krivtsov, A. O. Shklovets

Samara State Aerospace University named after academician S. P. Korolyov (National Research University), Russia, Samara

IMPROVEMENT OF TURBINE OF TURBOCOMPRESSOR TK-32 WITH GAS-DYNAMICS AND STRENGTH CAE-SYSTEMS

Activities for a strength and gas-dynamic operational development of turbine of turbocharger TK-32, which significantly increased the loadfactor and efficiency were held and described in the article.

© Попов Г. М., Батурин О. В., Колмакова Д. А., Кривцов А. В., Шкловец А. О., 2011

УДК 621.675-181.4:629.78

В. Н. Рыбакова, М. В. Краев

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

ОСОБЕННОСТИ ВИХРЕВОГО ПОТОКА В ПОЛЕ ЦЕНТРОБЕЖНЫХ СИЛ

Исследованы особенности вихревого потока в каналах полуоткрытого и открытого центробежного колеса.

В центробежных рабочих колесах (РК) полуоткрытого и открытого типов существует неравном ер -ность потока и вихревое взаимодействие по радиусу основных потоков жидкости и в боковой пазухе насо -са. Лопатки передают энергию потоку жидкости, часть которой в боковой пазухе движется с отставанием от основного. В результате образуется течение в канале за плохообтекаемым телом, характеризующееся возникновением возвратных токов и вихрей [1]. Этот процесс определяется отношением ширины к длине канала, толщиной пограничного слоя на стенках и относительной высотой лопатки. Взаимодействие потоков в пазухе и каналах приводит к появлению циркуляционного течения в зоне за выступом (см. рисунок).

С учетом основных закономерностей течения свободных плоских струй в работе [1] получены зависимости для расчета границы различных зон смещения. Положение симметричной относительно оси границы смещения, проходящей по кромкам лопаток колеса и разделяющей течения в канале и боковой полости,

можно определить в соответствии с данными работы [2] следующей зависимостью по определенной грани зоны смещения функции ширины лопатки рабочего колеса [2]:

Ь = ±0,0882 9d.

Данные известных работ свидетельствуют о нали -чии интенсивного вихря с осью в радиальном направ -лении, которая смещена к напорной стороне лопатки. В относительном движении жидкость обтекает кана -лы со скоростью Ж = (и - иж) = и(1 - фл). Разделим условно циркуляционную зону в канале открытого РК на две области: интенсивного вращательного движения по окружности с радиусом гв и циркуляционного движения жидкости по траектории эллиптического характера (на рис. справа). Одной из характеристик этой области является отношение окружной скорости ив к скорости набегающего потока Ж на внешней границы зоны вихря:

ив = и/ж=Д1Щ.

Схема взаимодействия потоков: набегающего боковой пазухи и в каналах рабочего колеса насоса полуоткрытого (слева) и открытого (справа) типов: 1 - зона набегающего потока боковой пазухи; 2 - границы зоны смешения; 3 - зона циркуляционного течения в канале РК насоса

Решетневскце чтения

Выражение для оценки угловой скорости вращения вихря юв в канале колеса на радиусе R получено в виде

_ Щ - (1 -Юж )юR _ Щ(1 -Юж )юR Юв _ гв _ 0,519(6 - 0,088 29й),

где ю - угловая скорость вращения колеса.

Представленная модель вихревого взаимодействия с расходным течением в рабочем колесе полуоткрытого и открытого центробежных насосов позволяет

провести оптимизацию конструктивных параметров рабочего колеса.

Библиографические список

1. Абрамович Г. Н. Теория турбулентных струй. М. : Физматгиз, 1960.

2. Хаген Р. Л., Данак А. М. Перенос импульса при турбулентном отрывном обтекании прямоугольной впадины // Тр. Амер. о-ва инженеров-механиков. Сер. Д. Прикл. механика. 1966. № 3. С. 189-195.

V. N. Rybakova, M. V. Kraev Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev, Russia, Krasnoyarsk

FEATURES OF A VORTICAL STREAM IN THE FIELD OF CENTRIFUGAL FORCES

In the considered parameter of vortical stream in ductings of half-open and opened centrifugal driving wheel.

© Рыбакова В. Н., Краев М. В., 2011

УДК. 681.3

А. Е. Савина, Е. М. Краева

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

ВИХРЕВОЕ ОБТЕКАНИЕ ВПАДИН

Рассмотрена модель обтекании впадины турбулентным потоком. Получены зависимости по расчету параметров вихря.

Один из основных признаков турбулентных течений заключается в том, что скорость в любой данной точке потока зависит от времени. Несмотря на то что это условие является необходимым, его недостаточно для определения турбулентного движения. Более характерным свойством турбулентности является то, что флуктуации скорости в данной точке должны быть хаотическими. Эти флуктуации скорости не связаны каким-либо образом с некоторой введенной извне зависимостью течения от времени, как это имеет место, например, при ламинарном обтекании медленно колеблющегося тела. В этом случае имеет место корреляция граничных условий с колебаниями местной скорости на частоте, характерной для движения границы.

В неоднородной пристеночной турбулентности на внешней границе вязкого подслоя происходят спонтанные разрушения структуры течения. Значительная завихренность, образовавшаяся на стенке, развивается в отчетливо выраженные продольные вихри, которые затем уносятся из пристеночного подслоя и переносят с собой количество движения во внешнюю область.

В экспериментах при исследовании нестационарного срыва наблюдалось резкое увеличение толщины пограничного слоя, сопровождавшееся возмущением следа. Исследователи срыва пограничного слоя, вызванного падающей на преграду струей, пришли к

выводу, что образование вихря обусловлено началом нестационарного срыва. Распределения линий меченных частиц, наблюдавшиеся в экспериментах, оказались похожими на распределения, соответствующие случаю динамического срыва.

Модель течения при турбулентном обтекании свободной плоской струей впадины впервые была исследована Р. Л. Хагеном и А. И. Данаком в 1966 г. [1].

Представлена физическая модель обтекания прямоугольной впадины в виде отрывного сечения с образованием вихревой зоны (рис. 1) и визуальная картина характера течения при обтекании прямоугольной каверны различной ширины (рис. 2).

в ц— Зона 1 1— /~ра н ии,ы jffrt j| счвштяия 2

ы г 11

——3

Рис. 1. Физическая модель течения

Известно, что при течении жидкости в канале за плохообтекаемым телом (в нашем случае впадины)