Динамика потока на участках элементов тракта подачи турбонасосного агрегата жидкостных ракетных двигателей
Автор: Арнгольд А.А., Зуев А.А., Толстопятов М.И., Дубынин П.А.
Журнал: Сибирский аэрокосмический журнал @vestnik-sibsau
Рубрика: Авиационная и ракетно-космическая техника
Статья в выпуске: 2 т.23, 2022 года.
Бесплатный доступ
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 ротором и статором, полости гидродинамических уплотнений и элементы межлопаточного канала центробежных насосов и газовых турбин. Ввиду характерных особенностей режимных и конструктивных параметров, начальные участки 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.
Участок динамически нестабилизированного течения, скорость, потери по длине, пространственный пограничный слой
Короткий адрес: https://sciup.org/148324806
IDR: 148324806 | УДК: 621.454.2 | DOI: 10.31772/2712-8970-2022-23-2-242-261
Dynamics of the flow in the sections of the elements of the supply path of the turbopump unit of the LRE
Sections of dynamically non-stabilized flows specific for elements of flow parts of turbo pump assemblies of liquid-propellant rocket engines are considered. Sections of cylindrical variable cross-section, rectangular variable crossection, rotational flows in cavities with stationary walls, stationary and rotating walls are analyzed. Specific elements include: delivery and discharge assemblies, side cavities between rotor and stator, cavities of hydrodynamic seals and elements of interblade channel of centrifugal type pumps and gas turbines. Due to specific features of operating and design parameters, initial sections of dynamically nonstabilized flows are dominant in flow parts of delivery assemblies. These sections have significant influence on energy parameters of the assembly and affect heat exchanging processes and, as a consequence, reliability of constructional elements. Both laminar and turbulent flow regimes of the working fluid are realized in specific elements of delivery systems. With the use of methods of three-dimensional boundary layer theory, specific thicknesses of boundary layer such as thickness of dynamic boundary layer, displacement thickness and momentum loss thickness are determined. Dependences for determination of flow core velocities, necessary for evaluation of losses due to the length of specific sections, are obtained. Proper selection of friction laws and velocities profiles in the boundary layer and consideration of initial section is necessary for the purposes of reliable determination of energy parameters. Obtained dependences consider velocity distribution profile in the boundary layer on specific sections of laminar and turbulent regimes cases.
Список литературы Динамика потока на участках элементов тракта подачи турбонасосного агрегата жидкостных ракетных двигателей
- 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.
- 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.
- Милешин В. П., 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.
- Влияние центробежных массовых сил на теплоотдачу при обтекании потоком воздуха вогнутой поверхности с поперечными выступами/ А. В. Ильинков, Р. Р. Габдрахманов, В. В. Так-мовцев, А. В. Щукин // Вестник Московского авиационного ин-та. 2018. Т. 25. № 1. С. 39-48.
- 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.
- 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.
- Краева Е. М. Энергетические параметры высокооборотных насосов малого расхода // Вестник Московского авиационного ин-та. 2011. Т. 18. № 3. С. 104-109.
- 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. политехи, ун-та. Аэрокосмическая техника. 2019. № 57. С.17-31.
- 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. 219227. Doi: 10.31772/2587-6066-2019-20-2-219-227.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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. С. 4-13. Doi: 10.18698/0236-3941-2015-5-4-13.
- 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.
- Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя М. : Наука, 1974. 712 с.
