Моделирование срывной кавитационной характеристики бустерного турбонасосного агрегата и сравнение экспериментальных и численных результатов

И. С. Казеннов, Ю. И. Каналин, Н. П. Полетаев, И. А. Чернышева

Аннотация


В настоящее время в двигателях больших и малых тяг отечественных и зарубежных конструкций для уменьшения давления в баках применяются шнековые бустерные насосы (БН). Как и в любых гидравлических устройствах там возможно появление кавитации. Для определения кавитационных характеристик шнековых и шнекоцентробежных насосов получен ряд эмпирических формул, которые не до конца учитывают все геометрические особенности шнеков переменного шага. В современных программах численного трёхмерного моделирования применяются различные модели кавитации, используя которые можно получить кавитационные свойства любой геометрии, однако методик расчётов нет. В данной статье представлены результаты моделирования течения в бустерном насосе и их сравнение с экспериментом. Моделирование проводилось с использованием ANSYS CFX. Явление кавитации моделировалось в стационарной постановке с учётом кавитационной модели Релея-Плессета. Геометрическая модель состояла из оседиагонального колеса и лопаточного спрямляющего аппарата. Моделирование проводилось в модели как с зазором, бандажом и шероховатостью, так и без них. На основе этого разработана методика расчёта срывной кавитационной кривой при помощи ANSYS CFX.


Ключ. слова


Оседиагональный бустерный турбонасосный агрегат; зазор; кавитация; кавитационная модель Рэлея – Плессета; напор

Полный текст:

PDF

Список литературы

1. Боровский Б.И., Ершов Н.С., Овсяников Б.В., Петров В.И., Чебаевский В.Ф., Шапиро А.С. Высокооборотные лопаточные насосы. М.: Машиностроение, 1975. 336 c.

2. Овсянников Б.В., Боровский Б.И. Теория и расчёт агрегатов питания ЖРД. М.: Машиностроение, 1971. 376 c.

3. Валуева О.А., Видишев В.И., Каналин Ю.И., Полетаев Н.П. Кавитационные характеристики шнековых бустерных насосов ЖРД конструкции НПО Энергомаш // Труды НПО Энергомаш им. академика В.П. Глушко. 2005. № 23. С. 306-320.

4. ANSYS CFX-Solver Theory Guide. ANSYS CFX Release 11.0. © 1996-2006 ANSYS Europe, Ltd.

5. Bakir F., Rey R., Gerber A.G., Belamri T., Hutchinson B. Numerical and experimental investigations of the cavitating behavior of an inducer // Int. Journal Rotating Machinery. 2004. DOI: 10.1155/s1023621x04000028

6. Philippe Dupont, Tomoyoshi Okamura. Cavitating Flow Calculations in Industry // International Journal of Rotating Machinery. 2003. DOI: 10.1155/s1023621x03000150

7. Youcef AIT BOUZIAD. Physical modelling of leading edge cavitation:
computational methodologies and application to hydraulic machinery. EPFL - Laboratoire de Machines Hydrauliques, 2006.

8. Pierrat D., Gros L., Couzinet A., Pintrand G., Gyomlai Ph. On the Leading Edge Cavitation In a Helico-centifugalpump: Experimental and Numerical Investigations. IAHR WG Meeting on Cavitation and Dynamic
Problems in Hydraulic Machinery and Systems, 2009.

9. Hou-linLIU, Dong-xi LIU, Yong WANG, Xian-fang WU, Jian WANG. Application of modified k-ω model to predicting cavitating flow in centrifugal pump // Water Science and Engineering. 2013. V. 6, no. 3.
P. 331-339. DOI: 10.3882/j.issn.1674-2370.2013.03.009

10. Rafael Campos-Amezcua, Sofiane Khelladi, Zdzislaw Mazur-Czerwiec, FaridBakir, Alfonso Campos-Amezcua, Robert Rey Numerical and Experimental Study of Mass Transfer Through Cavitation in Turbomachinery. InTech. 2011.

11. Jose J.K., Mmbaga J.P., Hayes R.E., Xu Z. Modeling Cavitation in a High Intensi ty Agitation Cell // Canadian Journal of Chemical Engineering. 2011. V. 89, no. 5. P.1154-1164. DOI: 10.1002/cjce.20612

12. Попов Е.Н. Моделирование пространственного течения жидкости в кислородном насосе ЖРД с учетом кавитации // Труды НПО Энергомаш. 2010. №27. C. 65-94.

13. Johann Friedrich Gülich Centrifugal Pumps (second edition). Springer Heidelberg Dordrecht London New York, 2010.

14. Miorini R.L., Wu H., Katz J. The Internal structure of the tip leakage vortex within the rotor of an axial waterjet pump // Journal of Turbomachinery. 2011. V. 134, no. 3. Article number 031018. DOI: 10.1115/1.4003065

15. Wu H., Miorini R. L., Katz J. Measurements of the Tip Leakage Vortex Structures and Turbulence in the meridional plane of an axial Water-Jet Pump // Experiments in Fluids. 2011. V. 50, no. 4. P. 989-1003. DOI: 10.1007/s00348-010-0975-0


DOI: http://dx.doi.org/10.18287/1998-6629-2014-0-5-1(47)-188-198

Ссылки

  • Ссылки не определены.


© Вестник СГАУ, 2015

 

Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 International License.

 

ISSN: 2541-7533