Решение прямой задачи для определения характеристик потока в проточной части

Abstract

В работе исследуется структура потока на выходе из рабочего колеса центробежного насоса в безлопаточный диффузор. Результаты численного эксперимента, полученные с использованием метода гидродинамических особенностей сравниваются с результатами, полученными ранее при помощи метода конечных элементов, и с результатами физического эксперимента. Параметры рабочего колеса: коэффициент быстроходности – 100, число лопастей – 7, наружный диаметр – 500 мм. Данное колесо было исследовано в 1970 г. во «ВНИИАЭН» А. И. Тимшиным на аэростенде при частоте вращения n = 2200 об/мин. Численный расчет потока выполнен методом гидродинамических особенностей на основе модели потенциального трехмерного течения идеальной жидкости. В качестве гидродинамических особенностей принята вихревая рамка, системой которых определяется вся поверхность течения жидкости от входного сечения до выходного. Результаты безразмерных меридианных скоростей на выходе из рабочего колеса, полученные численным экспериментом методом гидродинамических элементов, качественно и количественно согласуются с методом конечных элементов и физическим экспериментом. В целом метод гидродинамических особенностей позволяет удовлетворительно моделировать макроструктуру потока в элементах проточной части гидравлических машин и в общем случае менее ресурсоемкий по сравнению с методом конечных элементов.

Досліджено структуру потоку на виході з робочого колеса відцентрового насосу з безлопатевим дифузором. Наведено результати чисельного експерименту на базі методу гідродинамічних особливостей, порівняні з раніше отриманими результатами чисельного експерименту, на базі методу скінченних елементів, та результатами фізичного експерименту.

The present paper deals with a flow pattern along the outlet of a centrifugal pump impeller at a vaneless diffuser. The results obtained from a numerical experiment using the method of hydrodynamic singularities are compared with those previously reported for a numerical experiment using the finite element method and with the results of a physical experiment. The impeller parameters considered are as follows: specific speed factor - 100, number of blades – 7, outlet diameter – 500 mm. The characteristics of such impeller were studied in 1970 in VNIIAEN by Timshyn A.I, Cand. Eng. Sc., using an air test bench at rotational speed n = 2200 rpm. The numerical flow calculations were performed using the method of hydrodynamic singularities on the basis of a model of potential three-dimensional flow of an ideal fluid. For the hydrodynamic singularities a vortex frame was taken, so that the system of the latter defines the entire flow surface from the inlet section up to the outlet section. The results for dimensionless meridional velocities at the impeller outlet obtained from the numerical experiment using the hydrodynamic element method are both qualitatively and quantitatively consistent with the finite element method and the physical experiment. Generally, the method of hydrodynamic singularities enables adequate simulation of a flow macro-pattern in hydraulic components of hydraulic machines being less resourcedemanding in the general case as compared to the finite element method.