Экспериментальный стенд и установка для исследования закрученного течения несжимаемой жидкости в турбомашинах

Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Технические науки

Структурные схемы ТТС (прямой и обратный цикл). ПТУ - паротурбинная установка, ХМ - холодильная машина, И - испаритель; КД - конденсатор; Т - турбина; КМ - компрессор; Н - насос; КТ - капиллярная трубка; стрелками обозначено направление потоков вещества и энергии

В общем случае можно выделить два направления расчетов - прямую и обратную задачи проектирования.

Прямая задача - при известных внешних параметрах и заданной производительности спроектировать систему, - т. е. определить характеристики составных элементов и параметры их работы.

Обратная задача - при известных характеристиках элементов и внешних параметрах получить характеристики работы системы и отдельных ее элементов.

Прямая задача - основная задача проектирования, достаточно освещена в исследовательских работах. Решение обратной задачи осложнено наличием взаимосвязей элементов, системы и внешних условий. В настоящее время адекватных методов для обратной задачи не разработано. В то же время именно на основе данных решений обратной задачи возможна оптимизация системы.

Решение задач проектирования целесообразно вести с использованием математических моделей ТТС [2; 3].

Создание математических моделей теплоэнергетических установок, работающих по прямым и обрат-

ным циклам, является перспективным направлением в современных исследованиях. Модель позволяет рассчитать основные параметры процесса при известных граничных условиях по конструкции и окружающей среде, получить их изменение при варьировании входных данных, оценить влияние различных факторов на работу установки.

Библиографические ссылки

1. Хубка В. Теория технических систем / пер. с нем. 1987. 208 с.

2. Теплосиловые системы: Оптимизационные исследования / А. М. Клер, Н. П. Деканова, Э. А. Тюрина и др. Новосибирск : Наука, 2005. 236 с.

3. Тарасик В. П. Математическое моделирование технических систем: Учебник для вузов. Минск : Ди-зайнПРО, 2004. 640 с.

© Делков А. В., Непомнящий Д. А., Ситничук Д. Б., 2013

УДК 669.713.7

А. В. Делков, Н. В. Тихонова Научный руководитель - Д. А. Жуйков Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ СТЕНД И УСТАНОВКА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ЗАКРУЧЕННОГО ТЕЧЕНИЯ НЕСЖИМАЕМОЙ ЖИДКОСТИ В ТУРБОМАШИНАХ

Проведен анализ экспериментальных исследований для закрученного течения, разработана установка для верификации методики расчета определения параметров рабочего тела в конической полости вращения.

Исследование гидродинамики потока в проточной части элементов малорасходных систем в большей степени основывается на результатах экспериментальных работ [1]. Параметры потока, сформированного в одном элементе проточной части, являются начальными условиями для потока в другом элементе. В связи с этим исследование потока в одном элементе малорасходного насоса требует дополнительных экс-

периментальных и аналитических исследований смежных элементов, создание новых образцов экспериментального оборудования и методик проведения испытаний. Большинство существующих методик расчета основаны на полуэмпирических зависимостях, полученных в результате обобщения экспериментальных исследований [3].

Секция «Моделирование физико-механических и тепловых процессов»

Пневмогидравлическая схема

Проведенные экспериментальные исследования [2] имеют узкую область верификации, поэтому существует необходимость в разработке установки с более широким диапазоном режимных и геометрических параметров для исследования течения в конической или криволинейной полости вращения.

Разработан пневмогидравлический стенд, который обеспечивает непрерывную подачу рабочей жидкости (вода) с различным расходом (до 800 г/с). Расход рабочей жидкости контролируется датчиком расхода. В качестве привода используются электродвигатели постоянного тока. Стенд состоит из емкости (1), тур-бонасосный агрегат (2), электродвигатели (3), экспериментальная установка (4), сменные насадки (5), датчик расхода (6), датчики давления (7). Пневмогидравлическая схема (ПГС), представленная на рисунке, включает в себя следующие системы:

- система подачи сжатого воздуха высокого давления для питания газовой турбины;

- система подвода и отвода рабочей жидкости (РЖ);

- система подачи жидкости для охлаждения и смазки подшипников турбопривода;

- система измерения основных параметров;

- электропривод;

- экспериментальная установка, со сменными парами «стенка- диск».

Основные факторы, определяющие характер течения жидкости:

- геометрия щели (нормальный зазор, угол наклона щели относительно оси вращения ротора);

- режимные параметры (угловая скорость вращения стенки (статора), угловая скорость вращения диска (вала), расход рабочей жидкости);

- свойства рабочей жидкости (плотность, вязкость).

В задачу экспериментальных исследований входят следующие вопросы:

- определение перепада давления в щели;

- определение градиента давления по длине или радиусу щели;

- определение изменения угловой скорости потока жидкости;

- определение момента сопротивления трения жидкости о стенку диска.

ПГС предназначена для подвода и отвода рабочей жидкости, воздуха высокого давления, регулирования расхода, измерения параметров на входе и на выходе из центробежного насоса, поддержания заданного числа оборотов ротора.

Экспериментальные исследования являются главным критерием достоверности теории, и определяют возможность использования результатов теоретических разработок в практических целях.

Большинство существующих в настоящее время методик расчета основаны на полуэмпирических зависимостях, полученных в результате обобщения экспериментальных исследований. На сегодняшний день разработана методика расчета вязкой несжимаемой жидкости в конической щели [1; 2], которая требует верификации. Разработанная установка и стенд позволяют проводить экспериментальные исследования закрученных потоков несжимаемой жидкости в тур-бомашинах, для дальнейшего создания высокоэффективных энергетических установок.

Библиографические ссылки

1. Волков К. Н., Емельянов В. Н. Течения и теплообмен в каналах и вращающихся полостях. М. : Физ-матлит, 2010. 488 с.

2. Жуйков Д. А., Кишкин А. А., Краев М. В. Течение несжимаемой вязкой жидкости в зазоре конической щели между вращающимся диском и неподвижной стенкой // Изв. Вузов. Сер. Авиационная техника. 2002. № 3. С. 76-77.

3. Экспериментальные исследования течения несжимаемой вязкой жидкости в торцевой щели между вращающимся диском и неподвижной стенкой / Д. А. Жуйков, В. О. Фальков, А. А. Кишкин и др. // Вестник СибГАУ. 2012. № 5. С. 123-126.

© Делков А. В., Тихонова Н. В., 2013