Расчет пульсаций давления в отводе шнекоцентробежного насоса акустико-вихревым методом

Расчет пульсаций давления в отводе шнекоцентробежного насоса акустико-вихревым методом

Автор: Тимушев С.Ф., Клименко Д.В.

Журнал: Сибирский аэрокосмический журнал @vestnik-sibsau

Рубрика: Авиационная и ракетно-космическая техника

Статья в выпуске: 4 т.16, 2015 года.

Бесплатный доступ

Большое значение в настоящее время отводится исследованию проблемы повышения надёжности и ресурса жидкостных ракетных двигателей. В этой связи ключевой задачей является снижение гидродинамической вибрации шнекоцентробежных насосов, которая вызвана пульсациями давления в проточной части насоса. Вследствие шаговой неравномерности потока на выходе рабочего колеса возникают пульсации давления на частоте следования рабочих лопаток и её гармониках. Эти колебания вызывают динамические нагрузки на элементы корпуса насоса, вызывая его вибрацию, поэтому расчет амплитуд пульсаций давления в шнекоцентробежном насосе на ранней стадии проектирования является актуальной задачей. В определении пульсаций давления, генерируемых трехмерным вихревым течением в шнекоцентробежном насосе, необходимо принимать во внимание их двойственную природу. Неоднородное распределение параметров потока на выходе центробежного колеса генерирует акустические возмущения, которые распространяются со скоростью звука в рабочей жидкости. Одновременно присутствуют вихревые возмущения, которые конвектируются основным течением. Вихревые колебания параметров основного течения называют «псевдозвуком» или вихревой модой. Амплитуда колебаний вихревой моды может быть определена расчетом нестационарного потока с использованием модели несжимаемой жидкости. Однако эта модель неприменима для акустических колебаний, распространяющихся в напорной магистрали. Рассматривается трехмерный акустико-вихревой метод расчёта пульсаций давления, который обеспечивает возможность определения амплитуды акустической моды. Приведен вывод акустико-вихревых уравнений и пример расчёта амплитуды пульсаций давления на выходе шнекоцентробежного насоса жидкостного ракетного двигателя. Показано, что амплитуда пульсаций давления на первой гармонике частоты следования рабочих лопаток изменяется в зависимости от расхода через насос. Применение в расчете граничного условия в форме акустического импеданса для длинной трубы приводит к занижению амплитуды по сравнению с известными экспериментальными величинами.

Еще

Шнек, центробежный насос, отвод, пульсации давления, акустико-вихревой

Короткий адрес: https://sciup.org/148177511

IDR: 148177511

Список литературы Расчет пульсаций давления в отводе шнекоцентробежного насоса акустико-вихревым методом

  • Chen Y. N. Water -Pressure Oscillations in the Volute Casings of Storage Pumps//Sulzer Technical Review. 1961. Research number. P. 21-34.
  • Штруб P. A. Колебания давления и усталостные напряжения в насосах и обратимых гидромашинах гидроаккумулирующих электростанций//Энергетические машины и установки. 1964. Т. 86, № 1. C. 117-121.
  • Покровский Б. В., Юдин Е. Я. Основные особенности шума и вибрации центробежных насосов//Акустический журнал. 1966. Т. XII, вып. 3. C. 355-364.
  • Guelich J. F., Bolleter U. Pressure Pulsations in Centrifugal Pumps//Transactions of the ASME: Journal of Vibration and Acoustics. 1992. Vol. 114. P. 272-279.
  • Юаса Т., Хината Т. Пульсации потока за центробежным колесом//Эхара Дзихо. 1980. № 114. 7 c. (перевод с яп. № Г-39508. М.: ВЦП, 1981).
  • Блохинцев Д. И. Акустика неоднородной движущейся среды. М.: Наука, 1981. 206 c.
  • Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Механика сплошных сред. М.: Гос. изд-во тех.-теорет. лит-ры, 1954. 795 c.
  • Артамонов К. И. Термогидроакустичекая устой-чивость. М.: Машиностроение, 1982. 261 c.
  • Голдстэйн М. Е. Аэроакустика: пер с англ. М.: Машиностроение, 1981. 295 c.
  • Столяров Е. П. Возбуждение звука малыми возмущениями энтропии и завихренности в пространственно неоднородных течениях сжимаемого идеального газа//Акустика турбулентных потоков. М.: Наука, 1983. C. 3-14.
  • Тимушев С. Ф. Численное моделирование нестационарных гидродинамических процессов в центробежных насосах и вентиляторах с целью снижения их виброактивности и шума: дис. … д-ра техн. наук: 05.07.05. М., 1995. 145 с.
  • Crow S. C. Aerodynamic Sound Emission as a Singular Perturbation Problem//Studies in Applied Mathematics. 1970. vol. XLIX, No. 1. P. 41-46.
  • Witkowski N., Hueppe A., Kaltenbacher M. Comparison of compressible and incompressible CFD methods for the acoustic analysis of flow induced noise in confined flows//NOVEM. 2015. No. 49310. 9 p.
  • Baumeister K. J. Time-dependent difference theory for noise propogation in a two-dimensional duct//AIAA Paper. 1980. No. 80-0098. 7 p.
  • Wilcox D. C. Turbulence modeling for CFD. DCW Industries, Inc. 1994. 460 p.
  • Software package for gas and fluid flow simulation FlowVision. Version 2.5.0. Manual CAPVIDIA. Leuven, Belgium, 1999-2007. 284 p.
  • Chen Y. N. Water -Pressure Oscillations in the Volute Casings of Storage Pumps. Sulzer Technical Review, 1961, Research number, P. 21-34.
  • Shtrub P. A. . Energeticheskie mashiny
  • i ustanovki, 1964, Vol. 86, No. 1, P. 117-121 (In Russ.).
  • Pokrovskii B. V., Yudin E. Ya. Akusticheskii zhurnal, 1966, Vol. XII, No. 3, P. 355-364 (In Russ.).
  • Guelich J. F., Bolleter U. Pressure Pulsations in Centrifugal Pumps. Transactions of the ASME. Journal of Vibration and Acoustics, April 1992, Vol. 114, P. 272-279.
  • Yuasa T., Khinata T. Pul’satsii potoka za tsentrobezhnym kolesom. . Ecas Dziho, 1980, No. 114 (Translated with Japan).
  • Wr-39508. Moscow, VTsP Publ., 1981, 7 p. (In Russ.).
  • Blokhintsev D. I. Akustika neodnorodnoi dvizhushcheisya sredy . Moscow, Nauka Publ, 1981, 206 p. (In Russ.).
  • Landau L. D., Lifshits E. M. Mekhanika sploshnykh sred . Moscow, Gos.
  • izd-vo tekh.-teoreticheskoy literatury Publ., 1954, 795 p. (In Russ.).
  • Artamonov K. I. Termogidroakustichekaya ustoichivost' . Moscow, Mashinostroenie Publ., 1982, 261 p. (In Russ.).
  • Goldstein M. E. Aeroakustika (Aeroacoustics): translation from English. Moscow, Mashinostroenie Publ., 1981, 295 p. (In Russ.).
  • Stolyarov E. P. . Akustika turbulentnykh potokov. Moscow, Nauka Publ, 1983, P. 3-14 (In Russ.).
  • Timushev S. F. Chislennoe modelirovanie nestatsionarnykh gidrodinamicheskikh protsessov v tsent-robezhnykh nasosakh i ventilyatorakh s tsel’yu snizheniya ikh vibroaktivnosti i shuma. Diss. d-ra tekhn. nauk
  • Moscow, 1995, 145 p. (In Russ.).
  • Crow S. C. Aerodynamic Sound Emission as a Singular Perturbation Problem. Studies in Applied Mathematics, 1970, Vol. XLIX, No. 1, P. 41-46.
  • Witkowski N., Hueppe A., Kaltenbacher M. Comparison of compressible and incompressible CFD methods for the acoustic analysis of flow induced noise in confined flows., NOVEM, 2015, No. 49310, 9 p.
  • Baumeister K. J. Time-dependent difference theory for noise propogation in a two-dimensional duct. AIAA Paper, 1980, No 80-0098, 7 p.
  • Wilcox D. C. Turbulence modeling for CFD. DCW Industries, Inc. 1994, 460 p.
  • Software package for gas and fluid flow simulation FlowVision. Version 2.5.0. Manual CAPVIDIA, 1999-2007 Leuven, Belgium, 284 p.
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp