Математическое моделирование течения в рабочем колесе вентилятора с меридиональным ускорением

Аннотация

Рассмотрены методы моделирования течения в рабочем колесе вентилятора с меридиональным ускорением потока. Выполнено сравнение результатов моделирования течения, полученных при расчете течения по осесимметричным поверхностям тока с переменной толщиной в относительном движении и CFD-расчетом. Расхождение результатов определения напора для тестовой задачи (течение в элементарной решетке) не превышало 2 % при безотрывном течении. Полученное распределение скорости по контуру лопатки позволяет в дальнейшем перейти к расчету пограничного слоя на ее поверхности и учесть профильные потери в рабочем колесе, а также уточнить расположение точек схода на профиле. Показана возможность использования метода расчета течения по осесимметричным поверхностям тока с переменной толщиной для профилирования осевых вентиляторов с меридиональным ускорением потока. Рабочее колесо спрофилировано с использованием приведенного метода. Выполнен CFD-расчет рабочего колеса, подтвердивший заложенный при профилировании коэффициент теоретического напора H_t = 0,68 при заданном коэффициенте расхода c_a1= 0,5, полный КПД η^∗_р.к = 0,93

Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:

Фурашов А.С., Арбеков А.Н., Васенина П.М. и др. Математическое моделирование течения в рабочем колесе вентилятора с меридиональным ускорением. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение, 2022, № 4 (143), c. 138--153. DOI: https://doi.org/10.18698/0236-3941-2022-4-138-153

Литература

[1] Андреенков А.А. Высоконапорный диагональный вентилятор системы охлаждения тракторного дизеля. Тракторы и сельхозмашины, 2014, № 6, с. 39--41.

[2] Шантарин С.С. Основные направления создания высоконапорных осевых вентиляторов местного проветривания. Известия Уральского государственного горного университета, 2003, № 17, с. 346--347.

[3] Брусиловский И.В. Вентиляторы с меридиональным ускорением потока. Промышленная аэродинамика, 1962, № 24, с. 74--81.

[4] Wu C.H. A general theory of three-dimensional flow in subsonic and supersonic turbomachines of axial-, radial-, and mixed-flow types. Trans. ASME, 1952, vol. 74, no. 8, pp. 1363--1380. DOI: https://doi.org/10.1115/1.4016114

[5] Bamberger K., Carolus T. Development, application and validation of a quick optimization method for the class of axial fans. J. Turbomach., 2017, vol. 139, no. 11, art. 111001. DOI: https://doi.org/10.1115/1.4036764

[6] Kim S., Lee K.Y., Kim J.H., et al. Design of mixed-flow pump for Ns475 based on optimum design database. Int. J. Fluid Mach. Syst., 2018, vol. 11, no. 2, pp. 123--128. DOI: http://dx.doi.org/10.5293/IJFMS.2018.11.2.123

[7] Qiushi L., Hong W., Sheng Z. Application of tandem cascade to design of fan stator with supersonic inflow. Chinese J. Aeronaut., 2010, vol. 23, no. 1, pp. 9--14. DOI: https://doi.org/10.1016/S1000-9361(09)60181-3

[8] Michaud M., Milan P., Vo H.D. Low-cost rotating experimentation in compressor aerodynamics using rapid prototyping. Int. J. Rotating Mach., 2016, vol. 2016, art. 8518904. DOI: https://doi.org/10.1155/2016/8518904

[9] Pandya K., Jayakumar N. Experimental test and validation with simulation results for impeller of centrifugal pump using CFD analysis. IJMPERD, 2020, vol. 10, no. 2, pp. 955--964.

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

[11] Белоцерковский С.М., Ништ М.И. Отрывное и безотрывное обтекание тонких крыльев идеальной жидкостью. М., Наука, 1978.

[12] Валландер С.В. О применении метода особенностей к расчету течений жидкости в радиально-осевых турбинах. ДАН СССР, 1958, т. 123, № 3, с. 413--416.

[13] Леонтьев А.И., ред. Газовая динамика. Механика жидкости и газа. М., Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1997.

[14] Брусиловский И.В. Аэродинамический расчет осевых вентиляторов. М., Машиностроение, 1986.

[15] Белоцерковский О.М., Давыдов Ю.М. Численное моделирование сложных задач аэрогазодинамики методом крупных частиц. I. Метод. Исследование схем. Ученые записки ЦАГИ, 1977, т. 8, № 3, с. 1--18.

[16] Бунимович А.И., Святогоров А.А. Обобщение результатов исследования плоских компрессорных решеток при дозвуковой скорости. Лопаточные машины и струйные аппараты, 1967, № 2, с. 36--66.