Математическое моделирование рабочих процессов в центробежных насосах низкой и средней быстроходности для решения задач автоматизированного проектирования

• Автор: Жарковский, Александр Аркадьевич
• Шифр специальности: 05.04.13
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 568 с. : ил.

Основные условные обозначения

1. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ И МОДЕЛЬ ТЕЧЕНИЯ В

СТУПЕНИ ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА

1 Л. Объекты исследования

1.2. Стенды, аппаратура, методика исследований

1.2.1. Количественные методы исследования течения

1.2.1.1. Аэродинамический стенд и применяемые приборы

1.2.1.2. Методика экспериментальных исследований

1.2.1.2.1. Абсолютное движение

1.2.1.2.2. Относительное движение

1.2.2. Визуальные исследования на воде

1.3. Течение в рабочем колесе
1.3.1. Структура потока на входе и выходе РК
1.3.2. Течение в ядре потока
1.3.3. Пограничный слой в РК
1.3.3.1. Измерения микрозондами
1.3.3.2. Визуальные исследования в ПС на водяном стенде
1.3.4. Потери в РК
1.3.5. Взаимное влияние РК и МКО
1.3.6. Физическая модель течения в РК
1.4. Течение в малоканальном отводе
1.4.1. Течение в ядре потока
1.4.2. Визуализация течения в ПС
1.4.2.1. МКО с непрерывной зоной перевода потока
1.4.2.2. МКО со ступенчатой зоной перевода потока
1.4.3. Физическая модель течения в МКО
1.5. Течение в спиральном отводе
1.6. Физическая модель течения в ступени ЦН
2. МЕТОДЫ РАСЧЕТА ТЕЧЕНИЯ ИДЕАЛЬНОЙ ЖИДКОСТИ
2.1. Квазитрехмерные методы
2.1.1. Расчет осесимметричного меридианного потока в РК
2.1.1.1. Равноскоростной поток
2.1.1.2. Потенциальный поток
2.1.1.3. Вихревой поток
2.1.114. Сравнение различных форм меридианного потока 72
2.1.2. Расчет поля скоростей в межлопастном канале РК на поверхности тока методом особенностей
2.1.3. Возможность применения квазитрехмерных методов для расчета течения в неподвижных элементах ступени (МКО)
2.2. Расчет трехмерного потенциального течения с использованием метода конечных элементов
2.2.1. Существующие подходы
2.2.2. Постановка задачи расчета трехмерного течения в РК
2.2.3. Построение линий тока
2.2.4. Аппроксимация разрывной в КЭ функции потенциала скорости 7
2.2.5. Условия схода потока с выходной кромки РК
2.2.6. Результаты расчетов трехмерного потенциального течения в РК лопастных турбомашин различного типа
2.2.7. Методика расчета трехмерного потенциального течения в малоканальном отводе
2.2.8. Расчетное исследование трехмерного невязкого течения в МКО 75?
3. МЕТОДЫ РАСЧЕТА ТЕЧЕНИЯ ВЯЗКОЙ ЖИДКОСТИ В ПРОТОЧНОЙ
ЧАСТИ СТУПЕНИ
3.1: Уравнения движения вязкой среды в межлопастных каналах
3.2. Расчет пространственного пограничного слоя (ППС) на ограничивающих дисках РК

3.2.1. Уравнения движения в ППС на ограничивающих дисках /65
3.2.2. Уравнения импульсов ППС
3.2.3. Расчет с постоянным значением формпараметра Н
3.2.4. Расчет ППС на ограничивающих дисках с переменным значением формпараметра Н
3.3. Расчет ППС на лопастях РК
3.3.1. Существующие методы расчета
3.3.2. Расчет ППС на лопасти, как на произвольной вращающейся поверхности с учетом ВТ с дисков
3.3.2.1. Уравнения ППС на лопасти произвольной формы
3.3.2.2. Математическое моделирование взаимодействия ППС на ограничивающих дисках и лопастях РК
3.3.2.3. Интегральные соотношения импульсов ППС
3.3.2.4. Численное решение и примеры расчетов
3.4. Расчет течения в следе у стороны разрежения (СР) лопасти РК
3.4.1. Квазитрехмерная схема определения положения линии отрыва ППС на СР лопасти
3.4.2. Расчет течения в низкоэнергетической зоне (следе) вдоль СР лопасти
3.4.3. Эффективная толщина следа и расчет течения в межлопастном канале РК с учетом дефекта скорости в области следа
3.4.4. Оценка применимости метода расчета течения в следе
3.4.5. Расчет течения в ядре потока с учетом толщины вытеснения в области пограничного слоя и следа
3.5. Расчет ППС в малоканальном отводе
3.6. Расчет вязкого турбулентного течения на основе решения уравнений Рейнольдса
3.7. Расчет течения вязкой жидкости в спиральном отводе

(1.7)
Были проведены опыты [80] с целью определения систематической погрешности измерения давления в РК. Погрешность составила менее 2%.
Полное давление и потери в межлопастных каналах Формула для расчета безразмерного полного давления во вращающемся канале РК может быть получена аналогично формуле для безразмерного статического давления:
туп у
чГ Ч о
(1.8)
Ра-^о
С использованием уравнения Бернулли для относительного движения можно получить [80] выражение для теоретического полного давления:
^теор

♦ V О
Р -Ро _ 2 «

2-Л-Г • (!-9)
О величине потерь во вращающемся РК нельзя судить по разности пол-ных давлений р , как при течении, например, в неподвижных каналах, так как в РК даже при отсутствии потерь р'теор = /(н2)= /(г2). Поэтому относительные гидравлические потери в РК определялись по разности теоретического полного давления Сор{г) (1.9) и экспериментального полного давления в относительном
движении / (р, /, Ь) (1.8), отнесенной к теоретическому полному давлению:
Г -
г* (1.10)
теор
Потери гидравлического КПД в РК в целом определялись путем осреднения величины А77 г на выходе по шагу Ч2 и ширине Ь2. Для анализа потерь в РК использовался также гидравлический КПД в относительном движении:
(1.11)