НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

Файл статьи: SE-BMSTU...o219.pdf (1158.57Кб)

УДК 62-115

Россия,  МГТУ им. Н.Э. Баумана

В статье приводятся результаты численного моделирования и экспериментального исследования течения жидкости в струйном насосе и в частности вблизи рабочего сопла. Оценивается влияние возможных погрешностей изготовления насоса на его характеристики, такие как напор и КПД.
Численное моделирование основано на расчёте методом контрольного объема дискретных аналогов осредненных по Рейнольдсу уравнений Навье-Стокса и уравнения неразрывности сплошной среды (метод RANS). Замыкание системы уравнений осуществляется k-ω SST моделью турбулентности. Количество узлов расчетной сетки составляет около 2 миллионов. В качестве граничных условий задавались скорости жидкости на обоих входах в насос и давление на выходе. При этом расчетными величинами являлись давления на входах.
Экспериментальное исследование проводилось на гидравлическом испытательном стенде. В статье используются данные о напорной характеристике насоса и его КПД полученные в результате эксперимента. Приводится сравнение проектной характеристики и экспериментальной имеющих существенное различие в результате неточного изготовления внутренней формы сопла насоса.
Приводятся результаты моделирования течения в насосе с формой сопла, приведенной в соответствие с реально изготовленной и еще нескольких моделей с промежуточными формами сопла.
В результате моделирования получено хорошее совпадение результатов расчета модели соответствующей реальному прототипу с экспериментальными данными, а также показано, что небольшая конусность внутренней формы сопла сущесвтенно влияет на напор насоса, а именно его увеличивает при несущественном изменении давления на входе в насос, что позволяет судить об увеличении КПД насоса.
Данная работа дополняет существующие исследования влияния различных факторов на работу струйных аппаратов, таких, например, как масштабный фактор, изменение осевого положения сопла и шероховатость поверхности.
Из результатов исследования можно сделать несколько выводом. В отличии от принятых рекомендаций проектирования сопло струйного насоса следует изготавливать слегка коническим (без прямолинейного участка) для повышения КПД насоса. При изготовлении конструкторской документации и проведении контроля на производстве следует уделять особое внимание допускам формы сопла.

1. Meakhail T.A., Teaima I.R. A Study of the Effect of Nozzle Spacing and Driving Pressure on the Water Jet Pump Performance // International Journal of Engineering Science and Innovative Technology. 2013. Vol. 2, is. 5. P. 373-382. Available at: http://www.ijesit.com/Volume%202/Issue%205/IJESIT201305_51.pdf, accessed 14.11.2014.
2. Aldas K., Yapici R. Investigation of Effects of Scale and Surface Roughness on Efficiency of Water Jet Pumps Using CFD // Engineering Applications of Computational Fluid Mechanics. 2014. Vol. 8, no. 1. P . 14-25. Available at: http://jeacfm.cse.polyu.edu.hk/download/download.php?dirname=vol8no1&act=d&f=vol8no1-2_YapiciR.pdf, accessed 14.11.2014.
3. Лямаев Б.Ф. Гидроструйные насосы и установки. Л.: Машиностроение. Ленинградское отд-ние, 1988. 256 с.
4. Подвидз Л.Г., Кирилловский Ю.Л. Расчет оптимального струйного насоса для работы на разнородных и однородных жидкостях // Труды ВНИИГидромаша. 1963. Выпуск XXXIII. С. 114-129.
5. Подвидз Л.Г., Кирилловский Ю.Л. Расчет струйных насосов и установок // Труды ВНИИГидромаша. 1968. Выпуск XXXVIII. С. 44-96.
6. Соколов Е.Я., Зингер Н.М. Струйные аппараты. 3-е изд. , перераб. М.: Энергоатомиздат, 1989. 352 с.
7. Спиридонов Е.К. Конструкции жидкостно-газовых струйных насосов. Состояние и перспективы // Вестник ЮУрГУ. Сер. Машиностроение. 2005. № 1 (41). С. 94-104.
8. Ломакин В.О., Петров А.И., Кулешова М.С. Исследование двухфазного течения в осецентробежном колесе методами гидродинамического моделирования // Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2014. № 9. С. 45-64. DOI:10.7463/0914.0725724
9. Артемов А.В., Чабурко П.С. Исследование отличных от оптимальных режимов работы струйных насосов методами гидродинамического моделирования // Молодежный научно-технический вестник. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2013. № 12. Режим доступа: http://sntbul.bmstu.ru/doc/649567.html (дата обращения 14.11.2014).