Добірка наукової літератури з теми "Моделювання проточних частин"

В статті розглянуто проблеми значних втрат енергії для подолання гідравлічного опору, представлені результати діагностики структури потоку при русі в елементах турбін, а також варіанти удосконалення геометрії частин потоку. Головною проблемою гідродинаміки є великі витрати енергії на подолання гідравлічних опорів. Крім витрат енергії, опір викликають пульсації і як наслідок зменшення діапазону регулювання продуктивності обладнання, є причиною шуму, вібрації та інших негативних явищ. Перераховані недоліки обумовлені недосконалістю (нерідко навіть примітивністю) геометрії проточних частин. Проблеми гідродинаміки пов'язані з тим, що процеси руху рідин і газів практично недоступні для візуальних досліджень. Досі гідродинаміка заснована на парадигмі турбулентності, яка асоціюється як «хаос». Тому, довідники і каталоги, які використовують при проектуванні гідравлічних систем, невиправдано «прийняли» технологічно прості проточні частини поворотів, колекторів, трійників, і ін. і відповідно високі значення їх гідравлічних опорів. Коригування геометрії проточних частин з метою вдосконалення структури потоку забезпечує зниження опору в п’ять разів і більше. Високий ступінь організації гідравлічних потоків може бути основою для створення нової парадигми «структури потоків», яку доцільно використовувати при проектуванні обладнання та гідравлічних систем. Однак, динамічні процеси в проточних частинах сьогодні характеризуються тільки величинами опорів, інші показники ефективності при проектуванні не використовуються. Досвід позитивних результатів зниження опору при реалізації проектів реконструкції, коли збільшується продуктивність системи з одночасним зниженням початкового тиску, призводить до зниження ККД насосів, вентиляторів, компресорів. Отже ККД основного обладнання системи і опору проточних частин по різному характеризують показники ефективності енергетичних процесів.

A cyclic air intercooling application in the compression process in the compressor has a positive effect on the resource of the gas turbine plant (GTP) and on increasing its capacity without reducing the service life. The most promising method of cooling the cyclic air of the GTP, namely contact cooling by using an aerothermopressor, was analyzed in the paper. This heat exchanger is a two-phase jet apparatus in which, due to the removal of heat from the airflow, the air pressure is increased and its cooling occurs. The main problem in the development of the aerothermopressor is to determine the geometric characteristics of the apparatus flow part and the fluid injection system, which allow its effective application for increasing pressure and fluid spraying fine. An analysis was made of the apparatus models operation by using CFD simulation in the ANSYS Fluent software package to determine the aerothermopressor main characteristics of the cyclic air cooling system of the GTP. The calculation method was determined, the turbulence model was selected, the calculation was carried out taking into account the convergence of the results, and the output data were processed and visualized in the CFD-Post in the form of graphs and fields. Based on this, the aerothermopressor design was developed for a WR-21 gas turbine produced by Rolls Royce. At the first stage of the study, a “dry” aerothermopressor was modeled (without water injection into the evaporation chamber). It was found that the decrease in airflow pressure due to friction losses was about 5%. At the second stage of the study, a simulation of the aerothermopressor with water injection into the flow part (at the inlet to the evaporation chamber) was carried out. As a result of thermogasdynamic compression, the increase in the total air pressure at the outlet of the aerothermopressor was 3.1%, and the temperature of the cooled air was decreased by 280 degrees. To ensure effective air compression in the gas turbine compressor, incomplete evaporation of water in the aerothermopressor was considered. It made it possible to obtain finer water spraying at the diffuser outlet, while the average diameter of the water droplet decreased to 2.5 μm.

Проблема хімічного захисту рослин набуває все більшого значення, оскільки аграрне виробництво держави втрачає від шкідників, хвороб та бур’янів, за окремими культурами, майже третину валового збору урожаю. Існуючий парк засобів хімічного захисту сільськогосподарських культур, цілеспрямований на підвищення ефективності цієї роботи, потребує розвитку і вдосконалення. Тематика статті обумовлена необхідністю розроблення нових аналітичних підходів щодо проєктування робочих органів обприскувачів рослин, які відповідають сучасним технологічним вимогам, шляхом покращення аеродинамічних показників проточної частини розпилювача. Конструкція розпилювача є досконалою в аеродинамічному відношенні, якщо відсутній відрив прикордонного шару від стінки або якщо область відриву розташована як можна нижче за течією. Для цього визначається місце відриву прикордонного шару від стінки на основі дослідження двофазного середовища робочої рідини та обмінних процесів, характеристик, що істотно впливають на формування та розвиток прикордонного шару і його відрив, а, отже, на мінімізацію опору обтічних поверхонь. Наслідком цього підходу є зниження втрат енергії. На основі дослідження відомих аналітичних рішень, які можна адаптувати до моделювання руху двофазних середовищ у каналі розпилювача робочої рідини, в комплексі із графоаналітичним методом конструювання поверхонь каналу, запропоновано підхід, що дозволяє профілювати робочі органи обприскувачів зі зменшеними втратами енергії.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.17 – гідравлічні машини і гідропневмоагрегати. – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", Харків, 2019 р. Дисертацію присвячено вирішенню науково-практичної задачі удосконалення проточних частин високонапірних оборотних гідромашин за рахунок розробки методів розрахунку та аналізу їх гідродинамічних характеристик. На підставі розгляду тенденцій розвитку гідроенергетики України, з урахуванням ролі високонапірних оборотних гідромашин в об'єднаній енергетичній системі, відмічено актуальність проектування нових проточних частин. Визначено переваги та недоліки існуючих методів дослідження гідродинамічних процесів у проточних частинах оборотних гідромашин. Наведені результати розрахунку гідродинамічних характеристик елементів проточної частини на основі методу осереднених безрозмірних параметрів для оборотних гідромашин ОРО200-В-100 та ОРО500-В-100. Застосована математична модель робочого процесу гідромашини на основі блочно-ієрархічного підходу для проведення дослідження балансу енергії. Визначено вплив геометричних параметрів елементів проточної частини на показники роботи. Проведено чисельне дослідження просторової течії рідини в проточній частині високонапірних оборотних гідромашин за допомогою CFD, що дозволило визначити та візуалізувати картину течії. Складено баланси енергії гідромашин ОРО200-В-100 та ОРО500-В-100. Відмічено, що розподіл втрат по елементам проточної частини нерівномірний: для ОРО200-В-100 найбільшу частину втрат складають втрати в робочому колесі (близько 56 %), для ОРО500-В-100 – втрати у підводі (близько 62 %). Описано основні положення визначення оптимального режиму роботи оборотної гідромашини. Запропоновано та досліджено модифікований підвід для тихохідної оборотної гідромашини ОРО500-В-100, щоб підвищити її енергетичні показники: краще узгоджені елементи ПЧ та гідравлічний ККД збільшився на 2 %.
Thesis for granting the Degree of Candidate of Technical sciences in speciality 05.05.17 – Hydraulic machines and hydropneumatic units. – National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute", 2019. The tеhesis is devoted to the solution of the scientific and practical problem of improvement of the water passages of the high-pressure reversible hydraulic due to calculation and analysis their hydrodynamic characteristics. Based on the review of the trends in the development of hydropower engineering in Ukraine and given the role of high-pressure reversible hydraulic machines in the United Power System, it was noted that the designing a new flow parts is topical task. Advantages and disadvantages of the existing methods for research hydrodynamic processes in water passages of reversible hydraulic machines were identified after their analysis. The results of the calculation of the hydrodynamic characteristics of the elements of the water passages based on the method of averaged dimensionless parameters using the example of reversible hydraulic machines OPO200-B-100 and OPO500-B-100 were demonstrated. The mathematical model of the hydraulic machine working process based on a block-hierarchical approach was used to study the energy balance in the turbine and pump modes of hydraulic machines. The influence of the geometrical parameters of the elements of the water passage on the performance was determined: how the angle of flow in the spiral casing (cп ), the height of the wicket gate (b0 D) and the shape of the wicket gate profile influence the value of the coefficient resistance in the wicket gate. A numerical study of the three-dimensional flow of fluid in the water passage of high-pressure reversible hydraulic machines was carried out using the CFD software. This program allows determining the character of the flow and presenting the fields of distribution of velocity components, pressure and streamlines. The balances of energy were compiled: for the OPO200-B-100 in the turbine and pump operation modes, for the OPO500-B-100 in the turbine operation mode. It is noted that the distribution of losses on the elements of the water passage is not uniform: for the OPO200-B-100, the greatest part of the total losses are losses in the runner (about 56%), for OPO500-B-100 - losses in the inlet (about 62%). The main points for determining the optimal operating mode of the reversible hydraulic machine are described. The modified inlet for low-speed high-pressure hydraulic machine OPO500-B-100 was proposed and investigated to increase energy performance of hydraulic machine. The spiral casing was expanded, the number of stay vane blades and wicket gate blades were reduced to 16. As a result of the calculations of the modified inlet, the obtained results showed that the second variant made it possible to better align the elements of the water passage and the hydraulic efficiency increased by 2 %.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.17 – гідравлічні машини і гідропневмоагрегати. – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", Харків, 2019 р. Дисертацію присвячено вирішенню науково-практичної задачі удосконалення проточних частин високонапірних оборотних гідромашин за рахунок розробки методів розрахунку та аналізу їх гідродинамічних характеристик. На підставі розгляду тенденцій розвитку гідроенергетики України, з урахуванням ролі високонапірних оборотних гідромашин в об'єднаній енергетичній системі, відмічено актуальність проектування нових проточних частин. Визначено переваги та недоліки існуючих методів дослідження гідродинамічних процесів у проточних частинах оборотних гідромашин. Наведені результати розрахунку гідродинамічних характеристик елементів проточної частини на основі методу осереднених безрозмірних параметрів для оборотних гідромашин ОРО200-В-100 та ОРО500-В-100. Застосована математична модель робочого процесу гідромашини на основі блочно-ієрархічного підходу для проведення дослідження балансу енергії. Визначено вплив геометричних параметрів елементів проточної частини на показники роботи. Проведено чисельне дослідження просторової течії рідини в проточній частині високонапірних оборотних гідромашин за допомогою CFD, що дозволило визначити та візуалізувати картину течії. Складено баланси енергії гідромашин ОРО200-В-100 та ОРО500-В-100. Відмічено, що розподіл втрат по елементам проточної частини нерівномірний: для ОРО200-В-100 найбільшу частину втрат складають втрати в робочому колесі (близько 56 %), для ОРО500-В-100 – втрати у підводі (близько 62 %). Описано основні положення визначення оптимального режиму роботи оборотної гідромашини. Запропоновано та досліджено модифікований підвід для тихохідної оборотної гідромашини ОРО500-В-100, щоб підвищити її енергетичні показники: краще узгоджені елементи ПЧ та гідравлічний ККД збільшився на 2 %.
Thesis for granting the Degree of Candidate of Technical sciences in speciality 05.05.17 – Hydraulic machines and hydropneumatic units. – National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute", 2019. The tеhesis is devoted to the solution of the scientific and practical problem of improvement of the water passages of the high-pressure reversible hydraulic due to calculation and analysis their hydrodynamic characteristics. Based on the review of the trends in the development of hydropower engineering in Ukraine and given the role of high-pressure reversible hydraulic machines in the United Power System, it was noted that the designing a new flow parts is topical task. Advantages and disadvantages of the existing methods for research hydrodynamic processes in water passages of reversible hydraulic machines were identified after their analysis. The results of the calculation of the hydrodynamic characteristics of the elements of the water passages based on the method of averaged dimensionless parameters using the example of reversible hydraulic machines OPO200-B-100 and OPO500-B-100 were demonstrated. The mathematical model of the hydraulic machine working process based on a block-hierarchical approach was used to study the energy balance in the turbine and pump modes of hydraulic machines. The influence of the geometrical parameters of the elements of the water passage on the performance was determined: how the angle of flow in the spiral casing (cп ), the height of the wicket gate (b0 D) and the shape of the wicket gate profile influence the value of the coefficient resistance in the wicket gate. A numerical study of the three-dimensional flow of fluid in the water passage of high-pressure reversible hydraulic machines was carried out using the CFD software. This program allows determining the character of the flow and presenting the fields of distribution of velocity components, pressure and streamlines. The balances of energy were compiled: for the OPO200-B-100 in the turbine and pump operation modes, for the OPO500-B-100 in the turbine operation mode. It is noted that the distribution of losses on the elements of the water passage is not uniform: for the OPO200-B-100, the greatest part of the total losses are losses in the runner (about 56%), for OPO500-B-100 - losses in the inlet (about 62%). The main points for determining the optimal operating mode of the reversible hydraulic machine are described. The modified inlet for low-speed high-pressure hydraulic machine OPO500-B-100 was proposed and investigated to increase energy performance of hydraulic machine. The spiral casing was expanded, the number of stay vane blades and wicket gate blades were reduced to 16. As a result of the calculations of the modified inlet, the obtained results showed that the second variant made it possible to better align the elements of the water passage and the hydraulic efficiency increased by 2 %.

Найпоширенішими методами розділення є механічні, гідравлічні і пневматичні, кожний з яких має свою область застосування. Пневматичний метод заснований на різниці швидкостей витання частинок різних фракцій в потоці повітря, що дозволяє розділяти суміші з частинками від 0,06 до 5 мм, що часто зустрічаються в технології виробництв мінеральних добрив, електродної, харчової, зернопереробної та ін. При цитуванні документа, використовуйте посилання http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/25817

У зв’язку зі збільшенням вартості електроенергії та підвищенням вимог до енергоефективності технічних систем проблема зменшення енергоємності виробленої продукції посіла перше місце серед основних задач промисловості України. На сьогоднішній день проектні організації все більше уваги приділяють енергоефективності насосних агрегатів від неперервної роботи котрих залежить стабільність технологічних процесів, об’єм та якість продукції.

Кавітація – це процес пароутворення та наступної конденсації бульбашок пари в потоці рідини, що супроводжується шумом та гідравлічними ударами, утворенням в рідині порожнин (кавітаційних бульбашок або каверн), заповнених парою самої рідини, в якій виникають. Кавітація виникає внаслідок місцевого зниження тиску в рідині, яке може виникати або при збільшенні її швидкості (гідродинамічна кавітація), або при проходженні акустичної хвилі великої інтенсивності під час напівперіоду розрідження (акустична кавітація). Переміщуючись з потоком в область з більш високим тиском чи під час напівперіоду стискання, кавітаційна бульбашка схлопується, випромінюючи при цьому ударну хвилю.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.16 – турбомашини та турбоустановки. – Національний тех-нічний університет "Харківський політехнічний інститут", Харків, 2015. Дисертація присвячена розробці методології об'єктно-орієнтованої комплексної оптимізації проточної частини потужних парових турбін, яка основана на спільному розрахунку термогазодинамічних процесів в елементах проточної частини парової турбіни. У зв'язку з постійним зростанням попиту суспільства на електроенергію стає актуальним проектування нових та модернізація існуючих парових турбін. Для підвищення їх ефективності розроблена методологія об'єктно-орієнтованої комплексної оптимізації проточної частини потужних парових турбін. При реалізації цієї методології було вдосконалено математичну модель термогазодинамічних процесів моделювання спільної роботи системи соплового паророзподілу, вирівнюючої камери та багатоциліндрової проточної частини турбоагрегату, розроблені методики визначення: втрат тиску в камері за регулюючим ступенем з урахуванням режимних і конструктивних параметрів; коефіцієнта втрат і кута виходу потоку робочого тіла з решітки від величини підрізки вихідної кромки, а також оцінено вплив зміни міжвінцевого зазору і схеми подачі робочого тіла до сегментів направляючого апарату на ефективність регулюючого ступеня та включено до єдиного інтегрованого інформаційного простору САПР "Турбоагрегат". За допомогою запропонованої методології виконана оптимізація турбіни К-310-240, її потужність збільшена на 6,18 МВт, а абсолютний ККД циклу – на 0,83%.
Thesis for degree of Candidate of Sciences in Technique for speciality 05.05.16 – turbomachine and turbine-installations. – National Technical University "Kharkiv Polytechnical Institute", Kharkiv, 2015. This thesis deals with the development of object-oriented methodology for complex optimization of the flow path of powerful steam turbines based on joint calculations of the thermal and gasdynamic processes in the elements of the steam turbine's flow path. Due to the constant growth of the consumption of the electricity by society, it is necessary to design new one or modernize the existing steam turbines. To improve the efficiency of steam turbines the methodology of object-oriented complex optimization of the flow path of powerful steam turbines is developed. The mathematical model of the thermal and gasdynamic processes for combined calculating of the nozzle steam distribution, equalizing chamber, and multicylinder turbine flow path is improved. In this work the methods for determining pressure losses in the regulating chamber with respect to operational and design parameters are developed. The dependence of loss factor and the blade outflow angle on the size of the original trimmed edge is obtained. It is also assessed the impact of changes of axial gap downstream stator and the fluid supply circuit to the nozzle segments on the stage efficiency. This model is included to the integrated information space CAD "Turboagregat". Developed methodology is implemented while optimization of the K-310–240 turbine. As result, it power increases by 6,179 MW, and the absolute efficiency of the cycle - by 0,83%.

У дисертаційній роботі подане нове вирішення наукової задачі, що полягає в удосконаленні конструкції герметичного моноблочного насосу з порожнистим валом на основі результатів наукових досліджень впливу особливостей конструкції підвідного пристрою на течію та енергетичні процеси в проточній частині насоса і елементах електродвигуна. Розроблено конструкцію герметичного відцентрового моноблочного насоса. Шляхом аналітичного дослідження комплексу факторів навантаження ротора (ваги, гідродинамічних та магнітних сил) визначено їх взаємний вплив та взаємозв’язок з робочим процесом підшипників ковзання Проведення числового моделювання дало можливість оцінити структуру потоку у проточній частині насоса, а саме вплив ОПП з обертовими стінками та дифузором перед входом в РК, на структуру потоку на вході в РК, параметри розподілення складових абсолютної швидкості та протікання кавітаційних процесів в ОПП та РК. Визначено діапазон оптимальних величин діаметрів ОПП з точки зору мінімальних гідравлічних втрат в ОПП та електричних втрат в роторних магнітопроводах електродвигуна за умови порожнистого валу насоса з коефіцієнтом швидкохідності (ns) в діапазоні від 60 до 70. Встановлено що перші прояви кавітації спостерігаються в РК, зменшення діаметру ОПП призводить до зміни місця виникнення кавітації і напрямку її розповсюдження. Розроблені методичні рекомендації щодо проектування герметичних моноблочних насосів з порожнистим валом та врахування впливу геометричних параметрів ОПП на конструктивні особливості вхідної частини лопатей РК. Експериментально підтверджено результати, які отримано числовим моделюванням.
The work is focused on the pump construction, which ensures high performance correlated with the safety aspects. It leads to the application of the pump, where the likelihood of the failure of the unit is minimal. The double entry pumps are commonly used due to the reduction of the hydraulic forces and also hermetic units, with closed, seal-less construction. The thesis presents a new solution to the scientific problem, which focuses on the improvement of the design of a sealless double entry close coupled centrifugal pump with a hollow shaft. In this conception, the inside of the hollow shaft is an axial inlet device, which consists of a straight part and diffuser. The design of a sealless close coupled centrifugal pump has been developed. Conducted analyses are based on the results of the investigation of the influence of axial inlet device geometrical features on pump working process in order to achieve minimal energy losses in the flowing part of the pump. The mutual influence of the construction of plain bearings and forces acting on the motion elements of the pump was elaborated. The rotating parts are loaded with the hydrodynamic, magnetic and gravity forces, which are the preliminary design data of bearing. On the other hand, the construction of bearing is severely acting on the mentioned above forces, which leads to the crucial design problem. Conducted numerical simulations made it possible to estimate the flow structure in the flowing part of the pump. In detail, the influence of the axial inlet device with rotating walls and the diffuser before the impeller inlet on the performance of the pump was recognized. The range of optimum values of axial inlet device diameters is also determined in terms of minimum hydraulic losses in the axial inlet device and electric losses in the rotor magnetic circuits of the motor under the condition of a hollow pump shaft with specific speed (ns) in the range from 60 to 70. Moreover, the flow structure at the impeller inlet, the parameters of the distribution of the absolute velocity components and the cavitation processes in the axial inlet device and the impeller were investigated. It is established that the first appearance of the cavitation was observed in the impeller. The reduction of the axial inlet device diameter leads to the change in the locations of the cavitation zones and the direction of their distribution. The methodical recommendations for the design of sealless close-coupled pump with a hollow shaft and the influence of the geometric parameters of the axial inlet device on the structural features of the leading edge of the blades of the impeller were developed. The results obtained by the numerical simulation were experimentally confirmed.

Бідніченко, О. Г. Сучасні методи геометричного моделювання проточних частин відцентрових компресорів / О. Г. Бідніченко // Матеріали III Міжнар. наук.-техн. конф. "Інновації в суднобудуванні та океанотехніці". – Миколаїв : НУК, 2012.
Наведено розроблені автором методи геометричного моделювання елементів проточних частин відцентрових компресорів, які базуються на використанні математичних кривих, що дають змогу побудувати сучасні математичні моделі для формування оптимальної форми проточних частин відцентрових компресорів.