В работе в плоской постановке рассматривается задача об ударе гладкого криволинейного тела, предварительно погруженного в жидкость, занимающую безграничное полупространство. Жидкость считается несжимаемой, а погруженная в жидкость часть тела имеет форму кругового сегмента. Предполагается, что в некоторый момент времени происходит нецентральный удар, в результате которого тело мгновенно получает горизонтальную U и вертикальную V скорость движения, а также угловую скорость вращения ω вокруг оси, перпендикулярной плоскости, в которой рассматривается течение. Предполагается также, что при определенной комбинации кинематических и геометрических параметров погруженной части тела в виде сегмента, жидкость может мгновенно оторваться от поверхности тела и образовать дополнительный участок свободной поверхности. Сложность задачи состоит в том, что положение отрывной зоны (координата крайней ее точки) заранее неизвестно; оно зависит от комбинации кинематических и геометрических параметров. Появление зоны отрыва существенно осложняет исходную гидродинамическую задачу, поскольку поле скоростей жидкости зависит от положения зоны отрыва, а геометрические параметры этой зоны, в свою очередь, зависят от комбинации кинематических параметров. В работе для определения положения зоны отрыва (крайней ее точки) использован так называемый принцип Огазо, выражающий вариационный принцип, который состоит в том, что реализуемое в действительности отрывное течение жидкости обеспечивает экстремальное значение потенциала среди других возможных решений смешанной ударной задачи гидромеханики. Данный принцип позволяет отсеять все те возможные математические решения, которые допускают наличие на поверхности контакта тела с жидкостью отрицательных импульсов, что противоречит физической сущности гидродинамических явлений. Общее решение задачи об определении поля скоростей и импульсов в жидкости в момент, следующий непосредственно за ударом, с заранее произвольным параметром, характеризующим величину участка отрыва, в работе получено при помощи конформного отображения области, занятой жидкостью (полуплоскости с вырезанным сегментом) на вспомогательную полуплоскость с последующим сведением исходной задачи к задаче Келдыша-Седова для этой полуплоскости. Весьма существенным является тот момент, что применение принципа Огазо приводит к трансцендентному уравнению для определения параметра q, определяющего положение крайней точки зоны отрыва, содержащему сингулярные интегралы, которые следует понимать в смысле конечной части по Адамару. Численная процедура, основанная на использовании метода Адамара-Манглера, позволила определить значение параметра q как функцию кинематических параметров и геометрического параметра α, характеризующего указанный сегмент. После того как определен параметр q, определяющий положение зоны отрыва, определение потенциала сводится к вычислению некоторого интеграла, понимаемого в смысле Коши. В работе представлены результаты расчета импульсивного давления по поверх
{"title":"УДАРНОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ТЕЛА В ВИДЕ КРУГОВОГО СЕГМЕНТА С ЖИДКОСТЬЮ С ОБРАЗОВАНИЕМ ЗОНЫ ОТРЫВА","authors":"О. Г. Гоман, Т. М. Никулина","doi":"10.15421/371906","DOIUrl":"https://doi.org/10.15421/371906","url":null,"abstract":"В работе в плоской постановке рассматривается задача об ударе гладкого криволинейного тела, предварительно погруженного в жидкость, занимающую безграничное полупространство. Жидкость считается несжимаемой, а погруженная в жидкость часть тела имеет форму кругового сегмента. Предполагается, что в некоторый момент времени происходит нецентральный удар, в результате которого тело мгновенно получает горизонтальную U и вертикальную V скорость движения, а также угловую скорость вращения ω вокруг оси, перпендикулярной плоскости, в которой рассматривается течение. Предполагается также, что при определенной комбинации кинематических и геометрических параметров погруженной части тела в виде сегмента, жидкость может мгновенно оторваться от поверхности тела и образовать дополнительный участок свободной поверхности. Сложность задачи состоит в том, что положение отрывной зоны (координата крайней ее точки) заранее неизвестно; оно зависит от комбинации кинематических и геометрических параметров. Появление зоны отрыва существенно осложняет исходную гидродинамическую задачу, поскольку поле скоростей жидкости зависит от положения зоны отрыва, а геометрические параметры этой зоны, в свою очередь, зависят от комбинации кинематических параметров. В работе для определения положения зоны отрыва (крайней ее точки) использован так называемый принцип Огазо, выражающий вариационный принцип, который состоит в том, что реализуемое в действительности отрывное течение жидкости обеспечивает экстремальное значение потенциала среди других возможных решений смешанной ударной задачи гидромеханики. Данный принцип позволяет отсеять все те возможные математические решения, которые допускают наличие на поверхности контакта тела с жидкостью отрицательных импульсов, что противоречит физической сущности гидродинамических явлений. Общее решение задачи об определении поля скоростей и импульсов в жидкости в момент, следующий непосредственно за ударом, с заранее произвольным параметром, характеризующим величину участка отрыва, в работе получено при помощи конформного отображения области, занятой жидкостью (полуплоскости с вырезанным сегментом) на вспомогательную полуплоскость с последующим сведением исходной задачи к задаче Келдыша-Седова для этой полуплоскости. Весьма существенным является тот момент, что применение принципа Огазо приводит к трансцендентному уравнению для определения параметра q, определяющего положение крайней точки зоны отрыва, содержащему сингулярные интегралы, которые следует понимать в смысле конечной части по Адамару. Численная процедура, основанная на использовании метода Адамара-Манглера, позволила определить значение параметра q как функцию кинематических параметров и геометрического параметра α, характеризующего указанный сегмент. После того как определен параметр q, определяющий положение зоны отрыва, определение потенциала сводится к вычислению некоторого интеграла, понимаемого в смысле Коши. В работе представлены результаты расчета импульсивного давления по поверх","PeriodicalId":250642,"journal":{"name":"Bulletin of Dnipro University. Series: Mechanics","volume":"23 1","pages":"0"},"PeriodicalIF":0.0,"publicationDate":"2019-11-06","publicationTypes":"Journal Article","fieldsOfStudy":null,"isOpenAccess":false,"openAccessPdf":"","citationCount":null,"resultStr":null,"platform":"Semanticscholar","paperid":"125674588","PeriodicalName":null,"FirstCategoryId":null,"ListUrlMain":null,"RegionNum":0,"RegionCategory":"","ArticlePicture":[],"TitleCN":null,"AbstractTextCN":null,"PMCID":"","EPubDate":null,"PubModel":null,"JCR":null,"JCRName":null,"Score":null,"Total":0}
Применяемые для инженерных расчетов ротора Дарье вертикально-осевых ветроустановок математические модели в принципе не могут учитывать все аэродинамические явления, возникающие при обтекании ротора ветровым потоком, и влияние различных элементов конструкции на эффективность отбора и преобразования ротором энергии ветра, что приводит к отличию расчетных аэродинамических и энергетических характеристик ротора от фактических величин. Поэтому на этапе проектирования ветроустановки для проверки и корректировки результатов расчетов проводят физическое моделирование работы спроектированной конструкции на маломасштабных моделях в аэродинамических трубах. Из-за низкого числа Re маломасштабных моделей не выполняется условие динамического подобия, в результате чего их коэффициент мощности всегда меньше, чем у полноразмерного Н-ротора. Важной задачей при определении аэродинамики ротора Дарье является корректировка экспериментального значения коэффициента мощности, полученного при физическом моделированиималомасштабной модели, которая учитывает различие характеристик течения, определяемых различием числа Re модели и полноразмерного ротора. В настоящей работе представлены экспериментальные и расчетные значения коэффициента мощности физических моделей различного масштаба и полноразмерного ротора Дарье. По результатам проведенного анализа этих данных разработана методика, в которой применяют корректировку расчетного коэффициента мощности полноразмерного ротора Дарье с помощью коэффициента потерь мощности, представляющего собой отношение расчетного и экспериментального значений коэффициента мощности маломасштабной модели и являющегося функцией числа Re. В связи с тем, что в современной ветроэнергетике преимущественное коммерческое применение получили Н-роторы Дарье, в данной работе рассматривается именно эта модификация. Однако, полученные результаты могут использоваться и для других модификаций ротора Дарье, например, Ф-ротора или V-ротора.
{"title":"МЕТОДИКА РАСЧЕТА КОЭФФИЦИЕНТА МОЩНОСТИ РОТОРА ДАРЬЕ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ИСПЫТАНИЙ ЕГО МАЛОМАСШТАБНОЙ МОДЕЛИ","authors":"С. В. Тарасов, Е. Л. Выдутая, И. Ю. Костюков","doi":"10.15421/371904","DOIUrl":"https://doi.org/10.15421/371904","url":null,"abstract":"Применяемые для инженерных расчетов ротора Дарье вертикально-осевых ветроустановок математические модели в принципе не могут учитывать все аэродинамические явления, возникающие при обтекании ротора ветровым потоком, и влияние различных элементов конструкции на эффективность отбора и преобразования ротором энергии ветра, что приводит к отличию расчетных аэродинамических и энергетических характеристик ротора от фактических величин. Поэтому на этапе проектирования ветроустановки для проверки и корректировки результатов расчетов проводят физическое моделирование работы спроектированной конструкции на маломасштабных моделях в аэродинамических трубах. Из-за низкого числа Re маломасштабных моделей не выполняется условие динамического подобия, в результате чего их коэффициент мощности всегда меньше, чем у полноразмерного Н-ротора. Важной задачей при определении аэродинамики ротора Дарье является корректировка экспериментального значения коэффициента мощности, полученного при физическом моделированиималомасштабной модели, которая учитывает различие характеристик течения, определяемых различием числа Re модели и полноразмерного ротора. В настоящей работе представлены экспериментальные и расчетные значения коэффициента мощности физических моделей различного масштаба и полноразмерного ротора Дарье. По результатам проведенного анализа этих данных разработана методика, в которой применяют корректировку расчетного коэффициента мощности полноразмерного ротора Дарье с помощью коэффициента потерь мощности, представляющего собой отношение расчетного и экспериментального значений коэффициента мощности маломасштабной модели и являющегося функцией числа Re. В связи с тем, что в современной ветроэнергетике преимущественное коммерческое применение получили Н-роторы Дарье, в данной работе рассматривается именно эта модификация. Однако, полученные результаты могут использоваться и для других модификаций ротора Дарье, например, Ф-ротора или V-ротора.","PeriodicalId":250642,"journal":{"name":"Bulletin of Dnipro University. Series: Mechanics","volume":"22 1","pages":"0"},"PeriodicalIF":0.0,"publicationDate":"2019-11-05","publicationTypes":"Journal Article","fieldsOfStudy":null,"isOpenAccess":false,"openAccessPdf":"","citationCount":null,"resultStr":null,"platform":"Semanticscholar","paperid":"121515509","PeriodicalName":null,"FirstCategoryId":null,"ListUrlMain":null,"RegionNum":0,"RegionCategory":"","ArticlePicture":[],"TitleCN":null,"AbstractTextCN":null,"PMCID":"","EPubDate":null,"PubModel":null,"JCR":null,"JCRName":null,"Score":null,"Total":0}
На атомних станціях застосовуються тихохідні енергоблоки потужністю 1000 мегаватт з частотою обертання ротора 1500 обертів на хвилину. Ці турбогенератори відносяться до групи машин періодичної дії, у яких вид головного руху – рівномірне обертання. В процесі експлуатації турбогенераторів вказаної потужності виявилося необхідність розв’язку цілого ряду складних питань взаємодії системи турбогенератор – фундамент – основа з метою розробки заходів, що забезпечують високу надійність експлуатації такої системи. У цих енергоблоків є ряд особливостей, які не дозволяють застосовувати поширені рамні фундаменти, внаслідок чого були створені нові типи фундаментів спеціально для потужних тихохідних турбогенераторів. Такі турбогенератори мають великі геометричні розміри і маси обертових частин. Все це призводить до того, що валопроводи таких турбогенераторів вельми чутливі до самих малих відносних зміщень опор, які викликають його розцентрування і, як наслідок, призводять до порушення нормального режиму експлуатації турбогенератора, і, в цілому ряді випадків, до аварійної зупинки. В період експлуатації турбогенератора на його розцентрування впливають різні фактори. Найбільш істотним є деформація фундаменту в результаті нерівномірних осадів підстави, а також температурна деформація конструкції. З використанням методу скінченних елементів розроблено математичну модель розрахунку термонапруженого стану просторових конструкцій типу фундаментів турбогенераторів в різних умовах експлуатації енергетичного обладнання. Розглядалася просторова квазістатична задача визначення термонапруженого стану фундаментної конструкції. Розв’язок задачі базувався на принципі незалежності теплових і механічних впливів. Наведено результати розрахункового та експериментального дослідження на прикладі фундаментів під діючі турбогенератори атомної електростанції.
{"title":"ТЕРМОНАПРУЖЕНИЙ СТАН ПРОСТОРОВИХ КОНСТРУКЦІЙ НА ПРИКЛАДІ ФУНДАМЕНТІВ ТУРБОГЕНЕРАТОРІВ АТОМНОЇ ЕЛЕКТРОСТАНЦІЇ","authors":"Є. А. Макаренков, Андрій Сясєв","doi":"10.15421/371902","DOIUrl":"https://doi.org/10.15421/371902","url":null,"abstract":"На атомних станціях застосовуються тихохідні енергоблоки потужністю 1000 мегаватт з частотою обертання ротора 1500 обертів на хвилину. Ці турбогенератори відносяться до групи машин періодичної дії, у яких вид головного руху – рівномірне обертання. В процесі експлуатації турбогенераторів вказаної потужності виявилося необхідність розв’язку цілого ряду складних питань взаємодії системи турбогенератор – фундамент – основа з метою розробки заходів, що забезпечують високу надійність експлуатації такої системи. У цих енергоблоків є ряд особливостей, які не дозволяють застосовувати поширені рамні фундаменти, внаслідок чого були створені нові типи фундаментів спеціально для потужних тихохідних турбогенераторів. Такі турбогенератори мають великі геометричні розміри і маси обертових частин. Все це призводить до того, що валопроводи таких турбогенераторів вельми чутливі до самих малих відносних зміщень опор, які викликають його розцентрування і, як наслідок, призводять до порушення нормального режиму експлуатації турбогенератора, і, в цілому ряді випадків, до аварійної зупинки. В період експлуатації турбогенератора на його розцентрування впливають різні фактори. Найбільш істотним є деформація фундаменту в результаті нерівномірних осадів підстави, а також температурна деформація конструкції. З використанням методу скінченних елементів розроблено математичну модель розрахунку термонапруженого стану просторових конструкцій типу фундаментів турбогенераторів в різних умовах експлуатації енергетичного обладнання. Розглядалася просторова квазістатична задача визначення термонапруженого стану фундаментної конструкції. Розв’язок задачі базувався на принципі незалежності теплових і механічних впливів. Наведено результати розрахункового та експериментального дослідження на прикладі фундаментів під діючі турбогенератори атомної електростанції.","PeriodicalId":250642,"journal":{"name":"Bulletin of Dnipro University. Series: Mechanics","volume":"5 1","pages":"0"},"PeriodicalIF":0.0,"publicationDate":"2019-10-30","publicationTypes":"Journal Article","fieldsOfStudy":null,"isOpenAccess":false,"openAccessPdf":"","citationCount":null,"resultStr":null,"platform":"Semanticscholar","paperid":"125369811","PeriodicalName":null,"FirstCategoryId":null,"ListUrlMain":null,"RegionNum":0,"RegionCategory":"","ArticlePicture":[],"TitleCN":null,"AbstractTextCN":null,"PMCID":"","EPubDate":null,"PubModel":null,"JCR":null,"JCRName":null,"Score":null,"Total":0}
Д. А. Редчиц, С. В. Моисеенко, И. Б. Чашина, И. В. Выгоднер
Проведено моделирование обтекания цилиндра и профиля NACA 4412 с использованием γReθ модели ламинарно-турбулентного перехода и без нее. Численное моделирование выполнено на базе осредненных по Рейнольдсу уравнений Навье-Стокса (URANS), с использованием дифференциальной однопараметрической модели турбулентности Spalart-Allmaras. Система исходных уравнений, записывалась относительно произвольной криволинейной системы координат. Согласование полей давления и скорости осуществлялось с помощью метода искусственной сжимаемости, модифицированного для расчета нестационарных задач. Интегрирование системы исходных уравнений проводилось численно с использованием метода контрольного объема. Для конвективных потоков использовалась противопоточная аппроксимация Rogers-Kwak, основанная на схеме Roe третьего порядка точности. В моделях турбулентности для аппроксимации конвективных слагаемых применялась схема TVD с ограничителем потоков ISNAS третьего порядка. Проведено сравнение результатов расчетов обтекания цилиндра с использованием модели ламинарно-турбулентного перехода и без нее. Показано, что при низких числах Рейнольдса, когда обтекание цилиндра носит ламинарный характер, а след турбулентный, использование модели турбулентности Spalart-Allmaras приводит к развитию турбулентного пограничного слоя на цилиндре и, как следствие, к изменению положения точки отрыва. Неправильное положение точки отрыва оказывает влияние на распределение давления в донной части цилиндра и на интегральные аэродинамические характеристики. Применение модели перехода позволяет адекватно воспроизвести ламинарный отрыв вблизи передней кромки профиля с последующим его присоединением. Применение одной только модели Spalart-Allmaras приводит к излишней генерации турбулентной вязкости. Показано, что применение γ-Reθ модели ламинарнотурбулентного перехода качественно и количественно улучшает результаты численного моделирования. Полученные результаты численного моделирования обтекания кругового цилиндра и аэродинамического профиля NACA 4412 хорошо согласуются с экспериментальными данными в широком диапазоне чисел Рейнольдса.
{"title":"ОБТЕКАНИЕ ЦИЛИНДРА И АЭРОДИНАМИЧЕСКОГО ПРОФИЛЯ С УЧЕТОМ ЛАМИНАРНО-ТУРБУЛЕНТНОГО ПЕРЕХОДА","authors":"Д. А. Редчиц, С. В. Моисеенко, И. Б. Чашина, И. В. Выгоднер","doi":"10.15421/371908","DOIUrl":"https://doi.org/10.15421/371908","url":null,"abstract":"Проведено моделирование обтекания цилиндра и профиля NACA 4412 с использованием γReθ модели ламинарно-турбулентного перехода и без нее. Численное моделирование выполнено на базе осредненных по Рейнольдсу уравнений Навье-Стокса (URANS), с использованием дифференциальной однопараметрической модели турбулентности Spalart-Allmaras. Система исходных уравнений, записывалась относительно произвольной криволинейной системы координат. Согласование полей давления и скорости осуществлялось с помощью метода искусственной сжимаемости, модифицированного для расчета нестационарных задач. Интегрирование системы исходных уравнений проводилось численно с использованием метода контрольного объема. Для конвективных потоков использовалась противопоточная аппроксимация Rogers-Kwak, основанная на схеме Roe третьего порядка точности. В моделях турбулентности для аппроксимации конвективных слагаемых применялась схема TVD с ограничителем потоков ISNAS третьего порядка. Проведено сравнение результатов расчетов обтекания цилиндра с использованием модели ламинарно-турбулентного перехода и без нее. Показано, что при низких числах Рейнольдса, когда обтекание цилиндра носит ламинарный характер, а след турбулентный, использование модели турбулентности Spalart-Allmaras приводит к развитию турбулентного пограничного слоя на цилиндре и, как следствие, к изменению положения точки отрыва. Неправильное положение точки отрыва оказывает влияние на распределение давления в донной части цилиндра и на интегральные аэродинамические характеристики. Применение модели перехода позволяет адекватно воспроизвести ламинарный отрыв вблизи передней кромки профиля с последующим его присоединением. Применение одной только модели Spalart-Allmaras приводит к излишней генерации турбулентной вязкости. Показано, что применение γ-Reθ модели ламинарнотурбулентного перехода качественно и количественно улучшает результаты численного моделирования. Полученные результаты численного моделирования обтекания кругового цилиндра и аэродинамического профиля NACA 4412 хорошо согласуются с экспериментальными данными в широком диапазоне чисел Рейнольдса.","PeriodicalId":250642,"journal":{"name":"Bulletin of Dnipro University. Series: Mechanics","volume":"6 1","pages":"0"},"PeriodicalIF":0.0,"publicationDate":"2019-10-18","publicationTypes":"Journal Article","fieldsOfStudy":null,"isOpenAccess":false,"openAccessPdf":"","citationCount":null,"resultStr":null,"platform":"Semanticscholar","paperid":"122648568","PeriodicalName":null,"FirstCategoryId":null,"ListUrlMain":null,"RegionNum":0,"RegionCategory":"","ArticlePicture":[],"TitleCN":null,"AbstractTextCN":null,"PMCID":"","EPubDate":null,"PubModel":null,"JCR":null,"JCRName":null,"Score":null,"Total":0}
В. И. Елисеев, А.П. Толстопят, Л. А. Флеер, Ю. П. Совит, А Ф Шевченко, Светлана Алексеевна Шевченко
На основе теории двухфазных течений (газ – твердые частицы) рассмотрена задача движения потоков в производственных трассах для подачи сыпучего магния в расплав чугуна. Данная работа является в какой-то степени подытоживающей некоторый этап лабораторных экспериментальных исследований, исследований в промышленных условиях, а также теоретических разработок. Несмотря на большие успехи и широкое использование теории взаимопроникающих сред, являющейся основной идеей подхода к расчету многофазных течений и установления необходимых зависимостей при взаимодействии фаз, важным условием остается вопрос о силовом воздействии стенок канала на движущиеся частицы. Имеющиеся литературные данные позволяют делать оценки нужных параметров, однако для длинных производственных трасс с изменяющимися геометрическими характеристиками не снимается необходимость экспериментального определения этих параметров в конкретных условиях. Такие данные были получены в результате многолетней работы на производственных площадках Китая, они вошли в соответствующие коэффициенты, характеризующие взаимодействие твердых частиц со стенками канала. С помощью методов аппроксимации были определены подгоночные коэффициенты Бусройда, которые в результате численных расчетов уравнений дают возможность определять динамические характеристики потоков с удовлетворительной точностью. В работе показаны изменения скорости и температуры газа и движущихся частиц на всем протяжении трассы, включая основной участок – фурму, опущенную в расплав чугуна.
{"title":"ДВИЖЕНИЕ ДВУХФАЗНОГО ПОТОКА В ФУРМЕ","authors":"В. И. Елисеев, А.П. Толстопят, Л. А. Флеер, Ю. П. Совит, А Ф Шевченко, Светлана Алексеевна Шевченко","doi":"10.15421/371903","DOIUrl":"https://doi.org/10.15421/371903","url":null,"abstract":"На основе теории двухфазных течений (газ – твердые частицы) рассмотрена задача движения потоков в производственных трассах для подачи сыпучего магния в расплав чугуна. Данная работа является в какой-то степени подытоживающей некоторый этап лабораторных экспериментальных исследований, исследований в промышленных условиях, а также теоретических разработок. Несмотря на большие успехи и широкое использование теории взаимопроникающих сред, являющейся основной идеей подхода к расчету многофазных течений и установления необходимых зависимостей при взаимодействии фаз, важным условием остается вопрос о силовом воздействии стенок канала на движущиеся частицы. Имеющиеся литературные данные позволяют делать оценки нужных параметров, однако для длинных производственных трасс с изменяющимися геометрическими характеристиками не снимается необходимость экспериментального определения этих параметров в конкретных условиях. Такие данные были получены в результате многолетней работы на производственных площадках Китая, они вошли в соответствующие коэффициенты, характеризующие взаимодействие твердых частиц со стенками канала. С помощью методов аппроксимации были определены подгоночные коэффициенты Бусройда, которые в результате численных расчетов уравнений дают возможность определять динамические характеристики потоков с удовлетворительной точностью. В работе показаны изменения скорости и температуры газа и движущихся частиц на всем протяжении трассы, включая основной участок – фурму, опущенную в расплав чугуна.","PeriodicalId":250642,"journal":{"name":"Bulletin of Dnipro University. Series: Mechanics","volume":"3 1","pages":"0"},"PeriodicalIF":0.0,"publicationDate":"2019-10-03","publicationTypes":"Journal Article","fieldsOfStudy":null,"isOpenAccess":false,"openAccessPdf":"","citationCount":null,"resultStr":null,"platform":"Semanticscholar","paperid":"116873950","PeriodicalName":null,"FirstCategoryId":null,"ListUrlMain":null,"RegionNum":0,"RegionCategory":"","ArticlePicture":[],"TitleCN":null,"AbstractTextCN":null,"PMCID":"","EPubDate":null,"PubModel":null,"JCR":null,"JCRName":null,"Score":null,"Total":0}
Диффузор представляет собой устройство, предназначенное для преобразования кинетической энергии потока в потенциальную энергию за счет геометрического воздействия на поток. Преобразование энергии в диффузоре сопровождается возрастанием энтропии и уменьшением полного давления. В данной работе представлен приближенный метод расчета течения в диффузоре с учетом наличия пограничного слоя на стенках и ядра потока, а также их взаимного влияния друг на друга. Использованная модель основана на рассмотрении интегральных законов сохранения массы, импульса и энергии и учитывает эффекты взаимного влияния ядра течения и пограничного слоя. Для расчета параметров пограничного слоя используются интегральные методы типа Кармана. Течение в диффузоре предполагается адиабатичным но неизэнтропичным. Полная энергия при этом не меняется, но за счет сил трения происходит перераспределение между кинетической и тепловой энергией. Учитывая, что в поперечном сечении поток состоит из двух областей: ядра и кольцевого пограничного слоя, из законов сохранения массы, импульса и энергии получена система из четырех уравнений для определения параметров потока в ядре диффузора, из которых лишь одно является дифференциальным, а остальные – конечные. Предложенная методика расчета основана на использовании общих интегральных уравнений закона сохранения массы, импульса и энергии для канала с учетом наличия пограничного слоя на стенках и ядра потока и их взаимного влияния друг на друга. Приведенные результаты расчетов позволяют выбрать параметры диффузора, обеспечивающие необходимый расход и рассчитанного на определенную величину давления в выходном сечении.
{"title":"РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ТЕЧЕНИЯ В ДИФФУЗОРЕ С УЧЕТОМ ВЗАИМНОГО ВЛИЯНИЯ ПОГРАНИЧНОГО СЛОЯ И ЯДРА ПОТОКА","authors":"О. Г. Гоман, В. И. Карплюк","doi":"10.15421/371911","DOIUrl":"https://doi.org/10.15421/371911","url":null,"abstract":"Диффузор представляет собой устройство, предназначенное для преобразования кинетической энергии потока в потенциальную энергию за счет геометрического воздействия на поток. Преобразование энергии в диффузоре сопровождается возрастанием энтропии и уменьшением полного давления. В данной работе представлен приближенный метод расчета течения в диффузоре с учетом наличия пограничного слоя на стенках и ядра потока, а также их взаимного влияния друг на друга. Использованная модель основана на рассмотрении интегральных законов сохранения массы, импульса и энергии и учитывает эффекты взаимного влияния ядра течения и пограничного слоя. Для расчета параметров пограничного слоя используются интегральные методы типа Кармана. Течение в диффузоре предполагается адиабатичным но неизэнтропичным. Полная энергия при этом не меняется, но за счет сил трения происходит перераспределение между кинетической и тепловой энергией. Учитывая, что в поперечном сечении поток состоит из двух областей: ядра и кольцевого пограничного слоя, из законов сохранения массы, импульса и энергии получена система из четырех уравнений для определения параметров потока в ядре диффузора, из которых лишь одно является дифференциальным, а остальные – конечные. Предложенная методика расчета основана на использовании общих интегральных уравнений закона сохранения массы, импульса и энергии для канала с учетом наличия пограничного слоя на стенках и ядра потока и их взаимного влияния друг на друга. Приведенные результаты расчетов позволяют выбрать параметры диффузора, обеспечивающие необходимый расход и рассчитанного на определенную величину давления в выходном сечении.","PeriodicalId":250642,"journal":{"name":"Bulletin of Dnipro University. Series: Mechanics","volume":"49 1","pages":"0"},"PeriodicalIF":0.0,"publicationDate":"2019-08-20","publicationTypes":"Journal Article","fieldsOfStudy":null,"isOpenAccess":false,"openAccessPdf":"","citationCount":null,"resultStr":null,"platform":"Semanticscholar","paperid":"121722008","PeriodicalName":null,"FirstCategoryId":null,"ListUrlMain":null,"RegionNum":0,"RegionCategory":"","ArticlePicture":[],"TitleCN":null,"AbstractTextCN":null,"PMCID":"","EPubDate":null,"PubModel":null,"JCR":null,"JCRName":null,"Score":null,"Total":0}
Ирина Юрьевна Кузьмич, И. В. Седых, Александр Николаевич Минай
Целью исследований было определение схемы обвязки и режимов работы насосов системы заправки компонентами ракетного топлива (КРТ) баков ракетоносителя для обеспечения требований по их эксплуатации. Задачей было определение влияния параметров КРТ и гидравлической системы на величину провала давления на входе в насос. Под провалом давления понимается разница между стационарным давлением (после выхода на режим) и минимальным давлением на входе в насос. Кавитация и разнасыщение рабочей жидкости на входе в насос возможны при падении давления ниже давления насыщенных паров. Кавитация – это быстротекущие физико-механические процессы в жидкости, возникающие при уменьшении давления до величины, меньшей чем давление насыщенных паров при данной температуре. При этом в отдельных местах потока возникает разрыв сплошности с заполнением пустот мелкими пузырьками насыщенного пара и выделившегося из жидкости растворенного воздуха. Кавитация, как правило, приводит к снижению напора, подачи и КПД насоса, возникновению шума и вибраций. У центробежных насосов зона возникновения кавитационных явлений находится вблизи входа в рабочее колесо. Разработана методика расчета величины провала давления на входе в насос в режиме включения при заправке РН, подтвержденная экспериментально. Включение насоса происходило при закрытом клапане на напорном трубопроводе, который открывается после выхода насоса на номинальный режим. В зависимости от времени открытия клапана меняется ускорение потока жидкости в трубопроводе. Представлены экспериментальные данные по амплитуде и длительности провала давления в зависимости от параметров КРТ и гидравлической системы. Показано, что для выполнения требования о включении насоса при закрытом клапане на напорном трубопроводе необходимо устанавливать клапан с электроприводом для обеспечения равномерной скорости его открытия. Показана удовлетворительная сходимость расчетных и экспериментальных данных.
{"title":"МЕТОДИКА РАСЧЕТА ВЕЛИЧИНЫ ПРОВАЛА ДАВЛЕНИЯ НА ВХОДЕ В ЭЛЕКТРОНАСОСЫ ПРИ ЗАПРАВКЕ РАКЕТОНОСИТЕЛЯ С АНАЛИЗОМ ПОЛУЧЕННЫХ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ","authors":"Ирина Юрьевна Кузьмич, И. В. Седых, Александр Николаевич Минай","doi":"10.15421/371907","DOIUrl":"https://doi.org/10.15421/371907","url":null,"abstract":"Целью исследований было определение схемы обвязки и режимов работы насосов системы заправки компонентами ракетного топлива (КРТ) баков ракетоносителя для обеспечения требований по их эксплуатации. Задачей было определение влияния параметров КРТ и гидравлической системы на величину провала давления на входе в насос. Под провалом давления понимается разница между стационарным давлением (после выхода на режим) и минимальным давлением на входе в насос. Кавитация и разнасыщение рабочей жидкости на входе в насос возможны при падении давления ниже давления насыщенных паров. Кавитация – это быстротекущие физико-механические процессы в жидкости, возникающие при уменьшении давления до величины, меньшей чем давление насыщенных паров при данной температуре. При этом в отдельных местах потока возникает разрыв сплошности с заполнением пустот мелкими пузырьками насыщенного пара и выделившегося из жидкости растворенного воздуха. Кавитация, как правило, приводит к снижению напора, подачи и КПД насоса, возникновению шума и вибраций. У центробежных насосов зона возникновения кавитационных явлений находится вблизи входа в рабочее колесо. Разработана методика расчета величины провала давления на входе в насос в режиме включения при заправке РН, подтвержденная экспериментально. Включение насоса происходило при закрытом клапане на напорном трубопроводе, который открывается после выхода насоса на номинальный режим. В зависимости от времени открытия клапана меняется ускорение потока жидкости в трубопроводе. Представлены экспериментальные данные по амплитуде и длительности провала давления в зависимости от параметров КРТ и гидравлической системы. Показано, что для выполнения требования о включении насоса при закрытом клапане на напорном трубопроводе необходимо устанавливать клапан с электроприводом для обеспечения равномерной скорости его открытия. Показана удовлетворительная сходимость расчетных и экспериментальных данных.","PeriodicalId":250642,"journal":{"name":"Bulletin of Dnipro University. Series: Mechanics","volume":"1 1 1","pages":"0"},"PeriodicalIF":0.0,"publicationDate":"2019-08-12","publicationTypes":"Journal Article","fieldsOfStudy":null,"isOpenAccess":false,"openAccessPdf":"","citationCount":null,"resultStr":null,"platform":"Semanticscholar","paperid":"121035216","PeriodicalName":null,"FirstCategoryId":null,"ListUrlMain":null,"RegionNum":0,"RegionCategory":"","ArticlePicture":[],"TitleCN":null,"AbstractTextCN":null,"PMCID":"","EPubDate":null,"PubModel":null,"JCR":null,"JCRName":null,"Score":null,"Total":0}
The article is devoted to the development of a method for recalculating the thermal-hydraulic characteristics of direct-flow cylindrical steam-generating channels operating on a Freon coolant from the boundary conditions of the second kind for the boundary conditions of the first kind. The need for the development of such recalculation procedure is due to the presence in the literature of calculated dependences describing the heat transfer during evaporation of the coolant in porous channel for boundary conditions of the second kind, while the practical plan problems are often conditioned by other boundary conditions, in particular boundary conditions of the first kind. To clarify the essence of the recalculating method, the article briefly summarizes the calculated dependencies for computation of heat transfer and pressure drop in steam generating smooth-walled channels operating on a Freon heat carrier. The proposed method of recalculation is based on the use of the method of successive approximations when calculating the total amount of heat that is necessary for the phase transition process of evaporation. The final goal of the recalculation technique was to create a program for calculating the heat-hydraulic efficiency of direct-flow cylindrical steam generators operating on a Freon coolant. The proposed recalculation technique makes it possible to calculate in such steam generators for boundary conditions of the first kind next thermal-hydraulic characteristics: the channel length necessary for complete evaporation of the heat carrier; power required for pumping the coolant and the total amount of heat transferred to the coolant during the evaporation process.
{"title":"THE RECALCULATING TECHNIQUE THE HEAT-HYDRAULIC CHARACTERISTICS OF DIRECT-FLOW CYLINDRICAL STEAM GENERATORS OPERATING ON A FREON COOLANT, WITH THE BOUNDARY CONDITIONS OF THE SECOND KIND FOR THE BOUNDARY CONDITIONS OF THE FIRST KIND","authors":"A. P. Lukisha","doi":"10.15421/371909","DOIUrl":"https://doi.org/10.15421/371909","url":null,"abstract":"The article is devoted to the development of a method for recalculating the thermal-hydraulic characteristics of direct-flow cylindrical steam-generating channels operating on a Freon coolant from the boundary conditions of the second kind for the boundary conditions of the first kind. The need for the development of such recalculation procedure is due to the presence in the literature of calculated dependences describing the heat transfer during evaporation of the coolant in porous channel for boundary conditions of the second kind, while the practical plan problems are often conditioned by other boundary conditions, in particular boundary conditions of the first kind. To clarify the essence of the recalculating method, the article briefly summarizes the calculated dependencies for computation of heat transfer and pressure drop in steam generating smooth-walled channels operating on a Freon heat carrier. The proposed method of recalculation is based on the use of the method of successive approximations when calculating the total amount of heat that is necessary for the phase transition process of evaporation. The final goal of the recalculation technique was to create a program for calculating the heat-hydraulic efficiency of direct-flow cylindrical steam generators operating on a Freon coolant. The proposed recalculation technique makes it possible to calculate in such steam generators for boundary conditions of the first kind next thermal-hydraulic characteristics: the channel length necessary for complete evaporation of the heat carrier; power required for pumping the coolant and the total amount of heat transferred to the coolant during the evaporation process.","PeriodicalId":250642,"journal":{"name":"Bulletin of Dnipro University. Series: Mechanics","volume":"25 1","pages":"0"},"PeriodicalIF":0.0,"publicationDate":"2019-08-05","publicationTypes":"Journal Article","fieldsOfStudy":null,"isOpenAccess":false,"openAccessPdf":"","citationCount":null,"resultStr":null,"platform":"Semanticscholar","paperid":"115209582","PeriodicalName":null,"FirstCategoryId":null,"ListUrlMain":null,"RegionNum":0,"RegionCategory":"","ArticlePicture":[],"TitleCN":null,"AbstractTextCN":null,"PMCID":"","EPubDate":null,"PubModel":null,"JCR":null,"JCRName":null,"Score":null,"Total":0}
Actuality of task on perfection of modern air transport is shown. The brief review of some works sanctified to theoretical, experimental and numeral researches of heat exchange on aerodynamic descriptions of wing profile at his flowing around is conducted. The mathematical model of the conjugated task about hydrodynamics and heat exchange transfer taking into account k-e models of turbulence is brought. The two-dimensional simulation of the subsonic flowing around of NACA-23012 profile by viscous incompressible liquid by the finite elements method with the use of standard k-e turbulence models in the isothermal raising, and also at heating (cooling) bottom (top) profile surfaces is executed. As a result of numeral simulation graphic dependences of lift coefficient on the Reynolds numbers in the range of Re = 104 ÷ 107 for the cases of the isothermal flowing around, and also at the successive heating top and bottom surfaces corresponding to the difference of temperatures 100 К are got. For Re = 104 ÷ 105 curves of aerodynamic coefficients at the simultaneous heating of top and cooling bottom surfaces of profile in relation to the temperature of the stream «at infinity» for the difference of surfaces temperatures lying in the range ΔТ = 0 ÷ 100 К are brought. Influence of increase of profile lift coefficient on the brought dependence ΔСу = ΔСу(ΔТ) at Re = 104; 105 is rated. The optimal thermal mode on a criterion "minimum drag - maximal lift" – simultaneous heating of bottom profile surface and cooling of his topside is recommended
{"title":"DEPENDENCE OF THE PROFILE AERODYNAMIC CHARACTERISTICS ON THE SURFACE HEATING AT SUBSONIC VELOCITY OF FLOWING AROUND","authors":"R. Peka, E. V. Кravets","doi":"10.15421/371905","DOIUrl":"https://doi.org/10.15421/371905","url":null,"abstract":"Actuality of task on perfection of modern air transport is shown. The brief review of some works sanctified to theoretical, experimental and numeral researches of heat exchange on aerodynamic descriptions of wing profile at his flowing around is conducted. The mathematical model of the conjugated task about hydrodynamics and heat exchange transfer taking into account k-e models of turbulence is brought. The two-dimensional simulation of the subsonic flowing around of NACA-23012 profile by viscous incompressible liquid by the finite elements method with the use of standard k-e turbulence models in the isothermal raising, and also at heating (cooling) bottom (top) profile surfaces is executed. As a result of numeral simulation graphic dependences of lift coefficient on the Reynolds numbers in the range of Re = 104 ÷ 107 for the cases of the isothermal flowing around, and also at the successive heating top and bottom surfaces corresponding to the difference of temperatures 100 К are got. For Re = 104 ÷ 105 curves of aerodynamic coefficients at the simultaneous heating of top and cooling bottom surfaces of profile in relation to the temperature of the stream «at infinity» for the difference of surfaces temperatures lying in the range ΔТ = 0 ÷ 100 К are brought. Influence of increase of profile lift coefficient on the brought dependence ΔСу = ΔСу(ΔТ) at Re = 104; 105 is rated. The optimal thermal mode on a criterion \"minimum drag - maximal lift\" – simultaneous heating of bottom profile surface and cooling of his topside is recommended","PeriodicalId":250642,"journal":{"name":"Bulletin of Dnipro University. Series: Mechanics","volume":"63 1","pages":"0"},"PeriodicalIF":0.0,"publicationDate":"2019-03-01","publicationTypes":"Journal Article","fieldsOfStudy":null,"isOpenAccess":false,"openAccessPdf":"","citationCount":null,"resultStr":null,"platform":"Semanticscholar","paperid":"116236972","PeriodicalName":null,"FirstCategoryId":null,"ListUrlMain":null,"RegionNum":0,"RegionCategory":"","ArticlePicture":[],"TitleCN":null,"AbstractTextCN":null,"PMCID":"","EPubDate":null,"PubModel":null,"JCR":null,"JCRName":null,"Score":null,"Total":0}
Запропоновано оцінку утомленої довговічності за визначенням зміни температури дисипативного розігріву простих елементів конструкцій, що знаходяться під дією циклічного навантаження, і основних показників їх напруженого стану із врахуванням відповідної зміни характеристик матеріалу. Оцінка утомленої довговічності складається з послідовного розв’язання нелінійної нестаціонарної задачі теплопровідності та визначення числа циклів навантаження до моменту досягнення граничного напруженого стану. В роботі постановка задачі містить рівняння нелінійної нестаціонарної теплопровідності із розподіленими джерелами тепла. Вказано на особливості граничних умов. Наведено розв’язання нелінійної нестаціонарної задачі теплопровідності, виходячи з залежності від температури і характеристик матеріалу і внутрішніх джерел енергії, для оцінки утомленої довговічності простих елементів конструкцій, що знаходяться під дією циклічного навантаження, за наявності дисипативного розігріву. Викладено розв’язання поставленої нелінійної задачі, яке відбувається з використанням методу послідовних інтервалів та просторово-часових квадрантів і дозволяє звести розв’язання до послідовності розв’язків лінійних задач. Отриманий структурний розв’язок нелінійних задач нестаціонарної теплопровідності дозволяє враховувати дисипативний розігрів циклічно навантаженого стержня та оцінити вплив температури саморозігріву на довговічність простого елемента конструкцій. Побудовано алгоритм визначення температури дисипативного розігріву стержня при циклічному деформуванні. Для однорідного стержня, що знаходиться під дією циклічного деформування за різними частотами та амплітудами напруження, проведено розрахунки числа циклів навантаження до моменту досягнення в стержні граничного напруженого стану.
{"title":"ПРО ВИЗНАЧЕННЯ УТОМЛЕНОЇ ДОВГОВІЧНОСТІ ПРОСТИХ ЕЛЕМЕНТІВ КОНСТРУКЦІЙ ЗА НАЯВНОСТІ ДИСИПАТИВНОГО РОЗІГРІВУ ПРИ ЦИКЛІЧНОМУ НАВАНТАЖЕННІ","authors":"Василь Клим","doi":"10.15421/371808","DOIUrl":"https://doi.org/10.15421/371808","url":null,"abstract":"Запропоновано оцінку утомленої довговічності за визначенням зміни температури дисипативного розігріву простих елементів конструкцій, що знаходяться під дією циклічного навантаження, і основних показників їх напруженого стану із врахуванням відповідної зміни характеристик матеріалу. Оцінка утомленої довговічності складається з послідовного розв’язання нелінійної нестаціонарної задачі теплопровідності та визначення числа циклів навантаження до моменту досягнення граничного напруженого стану. В роботі постановка задачі містить рівняння нелінійної нестаціонарної теплопровідності із розподіленими джерелами тепла. Вказано на особливості граничних умов. Наведено розв’язання нелінійної нестаціонарної задачі теплопровідності, виходячи з залежності від температури і характеристик матеріалу і внутрішніх джерел енергії, для оцінки утомленої довговічності простих елементів конструкцій, що знаходяться під дією циклічного навантаження, за наявності дисипативного розігріву. Викладено розв’язання поставленої нелінійної задачі, яке відбувається з використанням методу послідовних інтервалів та просторово-часових квадрантів і дозволяє звести розв’язання до послідовності розв’язків лінійних задач. Отриманий структурний розв’язок нелінійних задач нестаціонарної теплопровідності дозволяє враховувати дисипативний розігрів циклічно навантаженого стержня та оцінити вплив температури саморозігріву на довговічність простого елемента конструкцій. Побудовано алгоритм визначення температури дисипативного розігріву стержня при циклічному деформуванні. Для однорідного стержня, що знаходиться під дією циклічного деформування за різними частотами та амплітудами напруження, проведено розрахунки числа циклів навантаження до моменту досягнення в стержні граничного напруженого стану.","PeriodicalId":250642,"journal":{"name":"Bulletin of Dnipro University. Series: Mechanics","volume":"34 1","pages":"0"},"PeriodicalIF":0.0,"publicationDate":"2018-06-25","publicationTypes":"Journal Article","fieldsOfStudy":null,"isOpenAccess":false,"openAccessPdf":"","citationCount":null,"resultStr":null,"platform":"Semanticscholar","paperid":"122203860","PeriodicalName":null,"FirstCategoryId":null,"ListUrlMain":null,"RegionNum":0,"RegionCategory":"","ArticlePicture":[],"TitleCN":null,"AbstractTextCN":null,"PMCID":"","EPubDate":null,"PubModel":null,"JCR":null,"JCRName":null,"Score":null,"Total":0}
京公网安备 11010802042870号
京ICP备2023020795号-1
扫码关注我们
求助内容：
应助结果提醒方式：