УПРАВЛЕНИЕ КАВИТАЦИЕЙ НА ДВУМЕРНОМ ГИДРОКРЫЛЕ ПОСРЕДСТВОМ НЕПРЕРЫВНОЙ ТАНГЕНЦИАЛЬНОЙ ИНЖЕКЦИИ

Описание

Тип публикации: статья из журнала

Год издания: 2016

Ключевые слова: кавитация, частичные каверны, нестационарность, управление потоком, непрерывная тангенциальная инжекция, направляющая лопатка, высокоскоростная визуализация, piv, cavitation, partial cavities, instability, flow control, continuous tangential injection, guide vane, high-speed imaging

Аннотация: Возникновение разного рода неустойчивостей, в том числе вызванных кавитацией, в проточных трактах гидравлических систем негативным образом сказывается на производительности, надежности и безопасности гидротехнического и гидроэнергетического оборудования. Данное обстоятельство требует развития разных методов управления такими течениПоказать полностьюями. Цель работы: определение возможности применения и оценка эффективности метода управления динамикой частичных каверн, основанного на непрерывной тангенциальной инжекции жидкости. Методы исследования. Для изучения этапов развития и пространственной структуры, а также оценки интегральных параметров парогазовых каверн применялась высокоскоростная визуализация. Измерение пространственных распределений средней скорости и турбулентных характеристик одно- и двухфазных течений вблизи модельного гидрокрыла осуществлялось методом анемометрии по изображениям частиц (Particle Image Velocimetry - PIV). Результаты. Исследования проводились на модифицированной модели направляющих лопаток высоконапорной турбины, оснащенной поперечным щелевым каналом в поверхности для генерации пристенной струи с целью подпитки дополнительным импульсом подторможенных слоев жидкости со стороны разряжения. В экспериментах угол атаки модельного гидропрофиля изменялся от нуля до девяти градусов, а различные условия обтекания достигались путем вариации числа кавитации в широком диапазоне. На основе визуального анализа реализующихся режимов течения, начиная от зарождения кавитации и заканчивая развитыми нестационарными кавернами, определялось влияние инжекции на кавитацию. Эффект инжектирования жидкости с разной скоростью на гидродинамику течения оценивался путем измерений ансамблей мгновенной скорости, по которым рассчитывались распределения средних и турбулентных характеристик. Показано, что низкоскоростная инжекция жидкости вдоль поверхности гидропрофиля приводит к интенсификации турбулентных флуктуаций в пограничном слое и тем самым затягивает развитие присоединенной каверны вследствие порождения дополнительных возмущений в потоке. Инжекция с высокой скоростью, в свою очередь, вызывает увеличение локальной скорости течения и снижение турбулентных флуктуаций вблизи поверхности, что позволяет повысить коэффициент подъемной силы крыла и его гидродинамическое качество за счет снижения давления со стороны разрежения при относительно небольших энергетических затратах на генерацию пристенной струи. Однако в данном случае кавитационная каверна становится длиннее. Таким образом, низкоскоростная инжекция оказывается эффективной для ослабления кавитации, но инжектирование жидкости с высокой скоростью более предпочтительно с точки зрения гидродинамики течения. Следовательно, реализованный метод управления представляет собой весьма действенное средство для управления гидродинамическими характеристиками крыла и снижения интенсивности парообразования и при определенных условиях даже подавления нестационарностей, связанных с кавитацией.

Ссылки на полный текст

Издание

Журнал: Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов

Выпуск журнала: Т.327, 12

Номера страниц: 75-90

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)
  • Запрягаев Иван Игоревич (Новосибирский национальный исследовательский государственный университет)
  • Первунин Константин Сергеевич (Новосибирский национальный исследовательский государственный университет)
  • Мальцев Леонид Иванович (Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения Российской академии наук)
  • Маркович Дмитрий Маркович (Национальный исследовательский Томский политехнический университет)
  • Ханъялич Кемал (Делфтский технический университет)

Вхождение в базы данных