Расчетно-экспериментальное исследование закрученного кольцевого потока

В ходе работ по энергетическому совершенству систем терморегулирования космических аппаратов с двухфазным контуром рассматривается вопрос частичной регенерации тепловой энергии в электрическую в турбогенераторе низкой быстроходности; часть проектных работ требует расчетного моделирования при транспорте закрученных потоков в осевом направлении от внешнего ввода до плоскости ввода в рабочее колесо, что определяет необходимость теоретической и экспериментальной прораработки проблемы. В работе рассмотрены преобразования уравнений изменения количества движения жидкости в граничных условиях осекольцевого канала с неподвижными цилиндрическими поверхностями. При допущениях об осесимметричности течений с использованием интегральной формы записи уравнения неразрывности получены соотношения в виде двух дифференциальных уравнений с выраженными производными по оси канала для полного давления p* и константы окружной скорости Cu = UR (const — на шаге интегрирования). Уравнение составляет основу алгоритма интегрирования в конечных разностях, дополненных системой служебных уравнений, описывающих напряжение трения, термодинамические параметры и т.п. Проведены тестовые расчеты по реальным параметрам, проанализированы результаты.

1. Дорфман Л. А. Гидродинамическое сопротивление и теплоотдача вращающихся тел. Москва: Физматгиз, 1960. 260 с.

2. Борщев И. О. Разработка метода расчета и исследование лопаточных отводов центробежных насосов: дис. … канд. техн. наук. Ленинград, 1989. 159 с.

3. Епифанова В. И. Компрессорные и расширительные турбомашины радиального типа. Москва: Машиностроение, 1984. 376 с.

4. Кишкин А. А. Оценка момента сопротивления на корпусе малорасходного центробежного насоса // Известия высших учебных заведений. Авиационная техника. 1992. № 3. С. 40–44.

5. Кишкин А. А. Вращение диска в потоке, закрученном по закону твердого тела // Известия высших учебных заведений. Авиационная техника. 1996. № 4. С. 42–47.

6. Zuev A. A., Arngold A. A., Levko V. A. [et al.]. Heat transfer coefficient of laminar rotational flow // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020. Vol. 734. P. 12029. DOI: 10.1088/1757-899X/734/1/012029.

7. Kishkin A. A., Shevchenko Yu. N., Delkov A. V. Analysis of the key design features of low-power turbines for electricity generation // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020. Vol. 919. P. 062030. DOI: 10.1088/1757-899X/919/6/062030.

8. Овсянников Б. В., Боровский Б. И. Теория и расчет агрегатов питания жидкостных ракетных двигателей. Москва: Машиностроение, 1971. 540 с.

9. Лойцянский Л. Г. Механика жидкости и газа. Москва: Наука, 1970. 940 с. ISBN 5-7107-6327-6.

10. Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя. Москва: Наука, 1969. 744 с.

11. Karman T. Uber laminare und turbulente Reibung // ZAAM 1. 1921. Vol. 1. P. 233–252. DOI: 10.1002/ZAMM.19210010401.

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 Conference Series: Materials Science and Engineering. 2019. Vol. 537. P. 22008. DOI: 10.1088/1757-899X/537/2/022008.

13. Кишкин А. А., Назаров В. П., Жуйков Д. А. [и др.]. Теория пространственного пограничного слоя в гидродинамике турбомашин: моногр. Красноярск: Изд-во СибГУ, 2013. 250 с. ISBN 978-5-86433-557-4.

14. Кишкин А. А., Зуев А. А., Делков А. В. Трехмерный температурный пограничный слой в теории конвективного теплообмена: моногр. Красноярск: Изд-во СибГУ, 2016. 306 с. ISBN 978-5-86433-675-5.

15. Емцов Б. Т. Техническая гидродинамика. 2-е изд. перераб. и доп. Москва: Машиностроение, 1987. 440 с.

16. Кишкин А. А., Зуев А. А., Делков А. В. [и др.]. Аналитический подход при исследовании уравнений импульсов пограничного слоя при течении в межлопаточном канале газовых турбин // Вестник Московского авиационного института. 2021. Т. 28, № 1. С. 45–60. DOI: 10.34759/vst-2021-1-45-60. EDN: BPTTXM.

17. Камке Э. Справочник по дифференциальным уравнениям в частных производных первого порядка. Москва: Наука, 1966. 260 с.

18. Gazzini S. L., Schädler R., Kalfas A. I. [et al.]. Infrared thermography with non-uniform heat flux boundary conditions on the rotor endwall of an axial turbine // Measurement Science and Technology. 2016. Vol. 28, no. 2. P. 025901. DOI: 10.1088/1361-6501/aa5174.

19. Yule L., Zaghari B., Harris N. R. [et al.]. Surface temperature condition monitoring methods for aerospace turbomachinery: exploring the use of ultrasonic guided waves // Measurement Science and Technology. 2021. Vol. 32, no. 5. P. 052002. DOI: 10.1088/1361-6501/abda96.

20. Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Теоретическая физика. В 10 т. Т. 6. Гидродинамика. 4-е изд., стер. Москва: Наука, 2001. 736 с. ISBN 5-9221-0121-8.