К расчету потерь в проточных частях агрегатов подачи жидкостных ракетных двигателей

При проектировании современных более совершенных жидкостных ракетных двигателей необходимо иметь точное представление о гидродинамике проточных частей агрегата подачи, чаще всего турбонасосного. Доля гидравлических потерь в межлопаточном канале и отводе среди всех видов потерь весьма существенная. Показана необходимость учета начального участка гидродинамически нестабилизированного течения в пограничном слое, что наиболее характерно для относительно коротких каналов проточных частей турбонасосного агрегата жидкостных ракетных двигателей. Выполнен анализ, необходимый для выбора законов сопротивления трению элементов проточных частей агрегатов подачи. Рассмотрен и предложен метод численного интегрирования системы уравнений для определения изменения характерных толщин пространственного пограничного слоя по длине канала на начальном участке течения и гидравлических потерь с учетом инерционной составляющей скорости ядра потока, в зависимости от реализующихся режимов течения в элементах проточного тракта агрегатов подачи жидкостного ракетного двигателя. Показана необходимость корректного выбора законов трения и учета начального участка в целях точного определения энергетических параметров

Литература

[1] Lai F., Zhu X., Li G., et al. Numerical research on the energy loss of a single-stage centrifugal pump with different vaned diffuser outlet diameters. Energy Procedia, 2019, vol. 158, pp. 5523--5528. DOI: https://doi.org/10.1016/j.egypro.2019.01.592

[2] Jiang W., Li G., Liu P., et al. Numerical investigation of influence of the clocking effect on the unsteady pressure fluctuations and radial forces in the centrifugal pump with vaned diffuser. Int. Commun. Heat Mass Transf., 2016, vol. 71, pp. 164--171. DOI: https://doi.org/10.1016/j.icheatmasstransfer.2015.12.025

[3] Lorusso M., Capurso T., Torresi M., et al. Efficient CFD evaluation of the NPSH for centrifugal pumps. Energy Procedia, 2017, vol. 126, pp. 778--785. DOI: https://doi.org/10.1016/j.egypro.2017.08.262

[4] Wang C., Shi W., Wang X., et al. Optimal design of multistage centrifugal pump based on the combined energy loss model and computational fluid dynamics. Appl. Energy, 2017, vol. 187, pp. 10--26. DOI: https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2016.11.046

[5] 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, 2015, vol. 440, pp. 161--175. DOI: https://doi.org/10.1016/j.physa.2015.08.012

[6] Basit M.A., Tian W., Chen R., et al. Numerical study of laminar flow and friction characteristics in narrow channels under rolling conditions using MPS method. NET, 2019, vol. 51, no. 8, pp. 1886--1896. DOI: https://doi.org/10.1016/j.net.2019.06.001

[7] 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: https://doi.org/10.18698/0236-3941-2015-5-4-13

[8] 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: https://doi.org/10.18698/0236-3941-2018-6-72-89

[9] Мартиросян А.А., Милешин В.И., Дружинин Я.М. и др. Расчетно-экспериментальное исследование аэродинамических характеристик биротативного вентилятора с использованием различных программных комплексов. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение, 2019, № 2, с. 115--130. DOI: https://doi.org/10.18698/0236-3941-2019-2-115-130

[10] Burger J., Haldenwang R., Alderman N. Friction factor-Reynolds number relationship for laminar flow of non-Newtonian fluids in open channels of different cross-sectional shapes. Chem. Eng. Sc., 2010, vol. 65, no. 11, pp. 3549--3556. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ces.2010.02.040

[11] Горский В.В., Леонов А.Г., Локтионова А.Г. К вопросу о расчете конвективного теплообмена в ламинарно-турбулентном пограничном слое на непроницаемой поверхности полусферы. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение, 2019, № 3, с. 17--28. DOI: https://doi.org/10.18698/0236-3941-2019-3-17-28

[12] Zuev A.A., Kishkin A.A., Zhuikov D.A., et al. Energy equations for the temperature three-dimensional boundary layer for the flow within boundary conditions of turbo machinery. IOP Conf. Ser.: Mater. Sc. Eng., 2019, vol. 537, no. 2, art. 022008. DOI: https://doi.org/10.1088/1757-899x/537/2/022008

[13] Zuev A.A., Arngold A.A., Tolstopyatov M.I., et al. Flow with heat transfer in a rotating cavity. IOP Conf. Ser.: Mater. Sc. Eng., 2019, vol. 537, no. 2, art. 022026. DOI: https://doi.org/10.1088/1757-899X/537/2/022026

[14] Зуев А.А., Назаров В.П., Арнгольд А.А. и др. Методика определения дискового трения малорасходных центробежных насосов. Сибирский журнал науки и технологий, 2019, т. 20, № 2, с. 219--227. DOI: https://doi.org/10.31772/2587-6066-2019-20-2-219-227

[15] Жуйков Д.А., Кишкин А.А., Зуев А.А. Расчет осевой силы при течении в торцевых щелях турбомашин. Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Серия: Технические науки, 2013, № 1, с. 24--27.

[16] Жуйков Д.А., Назаров В.П. Численное моделирование течения в полостях вращения турбонасосного агрегата. Известия высших учебных заведений. Авиационная техника, 2016, № 1, c. 126--131.

[17] Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя. М., Наука, 1969.

[18] Кишкин А.А., Черненко Д.В., Черненко Е.В. Уравнения импульсов трехмерного пограничного слоя. Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Серия: Технические науки, 2007, № 4, с. 35--41.

[19] Степанов Г.Ю. Гидродинамика решеток турбомашин. М., ФИЗМАТГИЗ, 1962.

[20] Краев М.В., Кишкин А.А., Майдуков А.В. Вращение диска в потоке, закрученном по закону твердого тела. Известия вузов. Авиационная техника, 1996, № 4, с. 42--47.

[21] Кишкин А.А., Зуев А.А., Черненко Е.В. и др. Вращение жидкости над неподвижным основанием по закону твердого тела. Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Серия: Технические науки, 2007, № 7, с. 126--131.

[22] Karman Th. Uber laminare und turbulente Reibung. ZAMM, 1921, vol. 1, no. 4, pp. 233--252. DOI: https://doi.org/10.1002/zamm.19210010401

[23] Емцев Б.Т. Техническая гидродинамика. М., Машиностроение, 1987.