Совершенствование методики расчета вязкого течения и проектирования насосов низкой быстроходности

• Автор: Алексенский, Вадим Александрович
• Шифр специальности: 05.04.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 160 с. : ил.

ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

£>2, /?2 — наружные диаметр и радиус рабочего колеса рабочего колеса; £>0 - диаметр горловины рабочего колеса;

£>3 - диаметр на входе в направляющий аппарат;

£>4 - диаметр выхода из направляющего аппарата;

Ъ2 - ширина канала рабочего колеса на выходе;

Ъъ - ширина канала на входе в направляющий аппарат;

Ь4 - ширина канала на выходе из направляющего аппарата;

83 - толщина входной кромки направляющего аппарата;

84 - толщина выходной кромки направляющего аппарата;

Н - напор;
Нт - теоретический напор рабочего колеса;
Д/г - кавитационный запас;
N - мощность; п - частота вращения;
п, = 3.65п70/Я3'4 - коэффициент быстроходности; р - давление;
О, - объемная подача; и - окружная (переносная) скорость;
V - абсолютная скорость;
- относительная скорость; грк — число лопастей рабочего колеса;
гпа - число лопаток направляющего аппарата; а - абсолютный угол потока; р - относительный угол потока;
а - диаметр вписанной в канал окружности;
С - кавитационный коэффициент быстроходности;

р, - геометрический угол лопасти;
8Л - толщина лопасти;
I - длина лопасти;
Ф - угловая координата лопасти;
- коэффициент потерь; ц - динамическая вязкость; у - кинематическая вязкость; р - плотность;
/ - шаг лопасти;
г| - коэффициент полезного действия;
цг - коэффициент полезного действия гидравлический;
Ль* - коэффициент полезного действия внутренний механический; т|об - коэффициент полезного действия объемный;
ИНДЕКСЫ:
“вх” - вход в лопастную систему;
“вых” - выход из лопастной системы;
“1” - сечение перед входом на лопасти рабочего колеса;
“2” - сечение за рабочим колесом;
“3” - сечение на входе в направляющий аппарат;
“4” - сечение на выходе из диффузора направляющего аппарата;
“5” - сечение на входе в обратный направляющий аппарат;
“6” - сечение на выходе из обратного направляющего аппарата;
“л” - лопасть;
“ст” - параметр ступени насоса;
“г” - радиальная составляющая скорости;
“и” - тангенциальная составляющая скорости;
“ш” - меридианная (расходная) составляющая скорости;

СОКРАЩЕНИЯ:
CFD - computational fluid dynamics (вычислительная гидродинамика)
БЛД - безлопаточный диффузор;
ГУ - граничные условия;
«гм» - кафедра гидромашиностроения СПбГПУ;
км - консольно-моноблочный;
кпд - коэффициент полезного действия;
лт - линия тока;
лс - лопастная система;
мм - математическая модель;
мко - метод конечных объёмов;
НА - направляющий аппарат;
од - основной диск;
ОНА - обратный направляющий аппарат;
ппд - (система) поддержания пластового давления;
пд - покрывающий диск;
по - программное обеспечение;
ПС - пограничный слой;
пч - проточная часть;
РК - рабочее колесо;
САПР - система автоматического проектирования;
СД - сторона давления;
СК - система координат;
со - спиральный отвод;
ЦП - центробежный насос;
цнс - центробежный секционный насос;

2. ВЫБОР ПАРАМЕТРОВ РАСЧЁТНОЙ МОДЕЛИ И ЕЕ АПРОБАЦИЯ
2.1. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПАРАМЕТРОВ РАСЧЁТНОЙ СЕТКИ
Опыт практических расчётов показывает, что использование сеток блочно-структурированного типа при моделировании течения в гидромашинах является более предпочтительным, чем использование неструктурированных [85]. Однако в связи с необходимостью проведения большого числа исследований, важным фактором является величина времени, затрачиваемого на процесс построения сеток. По этой причине в качестве основного был принят неструктурированный тип сеток.
Теоретически, для получения достоверных величин объёмных утечек и внутренних механических потерь необходимо проводить расчёт по схеме с расчётной областью, включающей в себя пазухи и щелевые зазоры между РК и корпусом насоса. Однако опыт численных исследований показал, что расхождение между расчётными и экспериментальными результатами при таком подходе является значительным [55]. Расчет суммарных потерь в ступени с вычислением объемных и дисковых потерь по эмпирическим методикам дал хорошую сходимость с экспериментом. Расхождение по напору составило 4%, по КПД -1%.
В работе [61] проводилось расчетное исследование объёмных утечек в ступенях центробежных компрессоров. Было получено значительное расхождение между результатами расчетов, полученными с использованием методов расчёта вязкого течения в пазухах и щелевом зазоре с одной стороны, и эмпирическими методами и экспериментом с другой стороны. Расхождение доходило до 30%.
По этой причине расчёт течения производился только в каналах колеса и отводящего устройства (рис. 1.12). Построение расчётной области производилось с использованием пакета БоИйУогкз. Внешний вид моделей областей с потоком в РК и отводе представлен на рис. 2.1.