ОСОБЕННОСТИ КАВИТАЦИОННОГО ОБТЕКАНИЯ УМЕНЬШЕННОЙ МОДЕЛИ НАПРАВЛЯЮЩИХ ЛОПАТОК РАДИАЛЬНО-ОСЕВОЙ ТУРБИНЫ

Описание

Тип публикации: статья из журнала

Год издания: 2015

Ключевые слова: анемометрия по изображениям частиц, Particle image velocimetry, cavitation, attached/cloud cavities, system/intrinsic instabilities, guide vane, NACA0015 hydrofoil, high-speed imaging, кавитация, присоединенные/облачные каверны, системные/собственные неустойчивости, направляющая лопатка, гидрокрыло NACA0015, высокоскоростная визуализация

Аннотация: Общепризнанно, что основными причинами ухудшения эксплуатационных характеристик гидротехнического оборудования являются процессы кавитации и нестационарности различной природы. Цель работы: изучение кавитационных режимов и нестационарностей парогазовых каверн, возникающих на стороне разрежения двух симметричных тел обтекания: гидроПоказать полностьюкрыла NACA0015 и уменьшенной модели направляющих лопаток высоконапорных турбин. Методы исследования. Для изучения пространственной структуры и динамики кавитационных каверн, а также оценки интегральных параметров каверн применялась высокоскоростная визуализация. Измерение пространственных распределений скорости и турбулентных характеристик одно- и двухфазных течений вблизи тел обтекания осуществлялось методом анемометрии по изображениям частиц (Particle Image Velocimetry - PIV). Результаты. Для малых углов атаки (a=3°) при пузырьковой кавитации максимальный размер пузырей достигает 12 мм на модели направляющих лопаток и 13 мм на гидрокрыле NACA0015 непосредственно перед их схлопыванием. Эта разница, вероятно, вызвана различием в распределениях давления на стороне разрежения гидропрофилей. При уменьшении числа кавитации размер пузырей сокращается. Средняя скорость переноса пузырей несколько выше на модели направляющих лопаток при одинаковых числах кавитации. Увеличение угла атаки до a=9° приводит к изменению структуры присоединенной каверны на модели направляющих лопаток с пузырьковой на стриковую, как и в случае гидрокрыла NACA0015. При уменьшении числа кавитации наблюдается облачная кавитация, вызванная развитием собственной неустойчивости - возвратного течения под каверной вследствие действия неблагоприятного градиента давления. На модели направляющих лопаток переход к нестационарным режимам обтекания происходит быстрее (при меньшем изменении числа кавитации). Для модели направляющих лопаток был обнаружен новый вид облачной неустойчивости, который также характеризуется периодическим отрывом присоединенной каверны и последующим формированием облачной каверны. Основной особенностью этого типа облачной неустойчивости является то, что процесс отрыва кавитационных облаков сначала случается в пределах одной половины каверны от центрального сечения рабочего канала к одной из его боковых стенок, а затем происходит на другой стороне. Впоследствии этот цикл полностью повторяется. Данный процесс происходит на удвоенной частоте традиционной облачной кавитации и поэтому рассматривается в настоящей работе как высшая субгармоника облачной неустойчивости. В случае однофазного потока при a=9° поперечный размер турбулентного следа за моделью направляющих лопаток примерно в два раза больше, чем за гидрокрылом NACA0015. Это вызвано отрывом потока от поверхности лопатки приблизительно на расстоянии 71 % длины хорды от передней кромки. Кроме того, по сравнению с малыми углами атаки отрыв потока на лопатке приводит к росту турбулентных флуктуаций в следе и появлению второго максимума в распределениях флуктуационной составляющей скорости.

Ссылки на полный текст

Издание

Журнал: Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов

Выпуск журнала: Т.326, 6

Номера страниц: 79-94

ISSN журнала: 25001019

Место издания: Томск

Издатель: Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет"

Авторы

  • Тимошевский Михаил Викторович (Новосибирский национальный исследовательский государственный университет)
  • Чуркин Сергей Андреевич (Новосибирский национальный исследовательский государственный университет)
  • Кравцова Александра Юрьевна (Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирский отделения Российская академия наук, Россия)
  • Первунин Константин Сергеевич (Новосибирский национальный исследовательский государственный университет)
  • Семёнов Георгий Александрович (ОАО «Силовые машины»)
  • Маркович Дмитрий Маркович (Национальный исследовательский Томский политехнический университет)
  • Ханъялич Кемал (Делфтский технический университет)

Вхождение в базы данных