Введение к работе
1 Актуальность.
Увеличение мощности агрегатов подачи ЖРД приводит к увеличению их виброактивности. Проблема снижения вибраций агрегатов подачи и прежде всего центробежных насосов имеет важное значение для обеспечения нормальной работы жидкостных реактивных двигателей (ЖРД) Она стала особенно актуальной при создании сверхмощных ЖРД многократного применения для ракетно-космической системы "Буран". Не менее остро эта проблема стоит и во всем народном хозяйстве в свете задач по снижению вибрации и шума центробежных насосов и вентиляторов.
До последнего времени проблема снижения виброактивности центробежных насосов и вентиляторов решалась в процессе экспериментальных доводочных работ, что сопровождалось большими материальными и временными затратами.
Разработка расчетных методов определения амплитуд пульсаций давления, вибрационных нагрузок и шумовых характеристик путем численного моделирования нестационарных процессов в гидромашинах позволяет на этапе эскизного проектирования получить необходимые данные для правильного выбора конструктивных и режимных параметров с целью удовлетворения экологических и ресурсных требований при минимальных материальных и временных затратах.
2 Основная цель.
Основная цель работы -- создание физико-математической модели и универсального программного обеспечения для численного моделирования пульсаций давления в центробежных насосных и вентиляционных агрегатах (ЦВНА).
В соответствии с поставленной целью потребовалось решить следующие задачи:
проанализировать особенности формирования нестационарного течения в спиральном отводе ЦВНА, которые являются определяющими в процессе генерации пульсаций давления;
разработать физико-математическую модель течет
учитывающую указанные особенности и позволяющую с достаточн степенью .точности определять амплитуды пульсаций давления отводящем устройстве ЦВНА;
разработать численные алгоритмы и высокоэффективн программное обеспечение для численного моделирования пульсац давления на персональном компьютере в стандарте операционн среды Windows.
провести численное исследование зависимостей пульсац давления от конструктивных и режимных параметров ЦВНА сопоставление численных результатов с экспериментальными данным
3 Научная новизна.
Научная новизна данной работы состоит:
в создании физико-математической модели процесса гєнераці колебаний давления в отводящем устройстве ЦВНА на оспо представления поля скоростей пульсирующего течения ежимаемі жидкости в виде векторной суммы основного поступательного вращательного течения несжимаемой жидкости (вихревой моды) наложенных на это движение акустических колебаний (акустически моды);
в формулировке граничных условий для вихревой и акустичесю мод;
в разработке алгоритмов и программного обеспечения д численного моделирования пульсаций давления с получением ка распределения пульсационного давления в отводящем устройстве д произвольного момента времени, графических зависимостей пульсаці давления от времени в произвольной точке отводящего устройства результатами гармонического анализа.
в структуре и особенностях реализации программно обеспечения, позволяющего существенно сократить объ« необходимых компьютерных ресурсов и организовать эффективна постпроцессорную обработку расчетных данных.
в получении абсолютных величин амплитуд пульсаций давления отводящем устройстве ЦВНА, согласующихся с экспериментальны!* данными а пределах погрешности измерений.
в получении расчетных сигналов пульсаций давления в выходном диффузоре ЦВНА согласующихся с экспериментальными данными не только по размаху амплитуды.но и по форме сигнала.
в получении новых расчетных данных, проливающих свет на механизм генерации и характерные особенности в распределении амплитуд пульсаций давления в отводе ЦВНА.
4 Практическая ценность и реализация.
Разработанный метод, реализованный в программном пакете для численного моделирования пульсаций давления в отводящем устройстве ЦВНА позволяет проводить, вариантные расчеты амплитуд пульсаций давления с высокой точностью на стадии эскизного проектирования для выбора оптимального варианта конструкции с целью снижения пульсаций давления, вибраций и шума. При этом затраты по сравнению с вариантом экспериментальной доводки могут быть снижены на несколько 'порядков. Благодаря мощному интерфейсу и встроенной справочной системе программный пакет может быть эффективно использован инженерами и исследователями.
Разработанное в диссертации программное обеспечение использовано для расчетов пульсаций давления в ТНА двигателя РД-180 НПО Энергомаш, а также внедрено в научном центре СЄТІМ (Франция). Результаты работы на основе контракта о МГАИ используются в фирме SEP (Франция).
5 Апробация.
Основные теоретические положения, результаты расчетов и экспериментальных исследований опубликованы в ряде статей«,2,3,4,5,6,7,8,^ в q публикациях в закрытых сборниках трудов и 5 научно-технических отчетах КБ Энергомаш, ЦИАМ, НИИХИММАШ, ИМАШ общим объемом около 15 а.л. Работа докладывалась на III Всесоюзной научно-технической конференции по проблемам двигателей летательных аппаратов (МАИ, Москва 1986), Всесоюзной научно-технической конференции по проблемам надежности и ресурса в машиностроении (КуАИ, Куйбышев, 1986). XI Всесоюзной конференции по аэроупругости (Суздаль, 1987), II Французской конференции по акустике (SFA, Arcachon, France, 1992), I
Международного симпозиума по вибрации и шуму центробежнь насосов (SHF, Clamart, France, 1993), международном симпозиуме п программному обеспечению для контроля шумов Evro-Noise'95 (UNCI Lyon, France, 1995). Основные результаты работы регулярн обсуждались на постоянно действующем семинаре по лопаточны машинам кафедры 202 Московского Государственного авиационног института под руководством профессора Овсянникова Б.В., а такж получили положительную оценку рабочей группы "Шумы в насоса) Ассоциации конструкторов насосов Франции (AFCP, Senlis, France 1995).
6 Структура и объем диссертации.
