Створення засобу ведення розрахункового експерименту в насособудуванні на базі просторової моделі потенціальної течії

Abstract

Дисертація присвячена питанню чисельного моделювання просторових течій у проточній частині насосів. Постановлена і вирішена внутрішня крайова задача для просторових потенціальних течій в елементах проточної частини, яка враховує дві граничні умови, необхідні при блочно-модульному проектуванні. Розроблений спосіб представлення геометричних моделей елементів проточної частини лопатевих гідромашин, що не залежить від її складу та конструкції. Створений засіб ведення розрахункового експерименту для визначення структури потоку і обчислення інтегральних та усереднених параметрів робочого процесу в лопатевих системах. Основні результати роботи знайшли застосування при розробці робочих проектів дослідних зразків насосів. При цитуванні документа, використовуйте посилання http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/3252

Принятая на Украине концепция развития насосостроения предусматривает полное удовлетворение потребностей всех отраслей в этом виде оборудования. Для этого предложено практически реализовать блочно-модульный принцип проектирования и изготовления насосов. Для создания необходимого набора составных модулей необходимо проведение значительных объемов научно-исследовательских работ. Их выполнение при минимальных затратах средств и времени связывается с широким применением численного эксперимента. Диссертация посвящена вопросу компьютерного моделирования пространственных безвихревых течений в проточной части гидромашин. В работе развивается подход, основанный на методе граничных интегральных уравнений. Предложена постановка составной краевой задачи, в основу которой положены два граничных условия: первое - традиционное для нормальной составляющей скорости, которое определяет подачу насоса, второе - для окружной составляющей скорости, определяющее напор насоса. Решение краевой задачи сведено к двум граничным интегральным уравнениям, полученным на основе интегрального представления для скорости в произвольной точке расчетной области через ее значение на границе. Численная реализация осуществлена на основе метода граничных элементов. Использование элементов с кусочно-постоянными функциями позволило рассматривать все поверхности проточной части как гладкие и свести решение интегральных уравнений к методу дискретных вихрей. При этом на каждом элементе вихревой слой моделируется двумя дискретными вихревыми отрезками и для определения возмущенных ими скоростей используется закон Био-Савара. Для замыкания системы линейных алгебраических уравнений, к которой сводится дискретный аналог обоих интегральных уравнений, используется условие соленоидальности вихревого слоя, которое было использовано при получении интегрального представления для скорости. Для численной реализации этого условия получен его дискретный интегральный аналог. Удобство использования предложенного условия достигается введением сокращенной записи разреженной матрицы инцидентности вихревых отрезков, рассматриваемых в данном случае как ребер направленного графа. Для придания универсальности разрабатываемому средству ведения численного эксперимента обосновывается обязательность соблюдения условия однородности всех составляющих математической модели от постановки задачи до разработки и использования программного продукта. При этом особое внимание уделено разработке однородной геометрической расчетной схемы на основе использования разнообразных элементов, возможных при использовании блочно-модульного проектирования. Построение расчетной геометрической модели двухэтапное. На первом этапе геометрическая модель формируется из набора макроэлементов, которые относятся к двум типам. К первому относятся участки канонических поверхностей, а ко второму - элементы, используемые при формировании специфических для насосостроения поверхностей рабочих органов проточной части. На втором этапе поверхность каждого из макроэлементов разбивается на расчетные элементы и формируется информация, необходимая для решения граничных интегральных уравнений, к которым сведена краевая задача моделирования течения в проточной части. После определения интенсивностей дискретных вихрей рассчитываются значения поля скоростей и давлений в контрольных сечениях или на указанных поверхностях. По ним определяются значения осредненных по расходу параметров рабочего процесса, для чего предложена унифицированная процедура. Данная процедура может использоваться как при расчетном, так и при физическом эксперименте, в котором определяется структура течения в контрольных сечениях проточной части гидромашин. Созданное средство ведения расчетных исследований в насосостроении апробировано и внедрено на предприятиях Украины и в учебном процессе. С его использованием разработан рабочий проект модернизированного насосного агрегата ОПМ 2500-5. При цитировании документа, используйте ссылку http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/3252

The thesis is dedicated to problems of numerical modeling the three-dimensional flows in the hydraulic part of pumps. The internal boundary value problem for spatial potential flows in the elements of the hydraulic part was put and resolved. This problem uses two boundary conditions indispensable for block-module designing. The way to represent geometrical models of the elements of the hydraulic part of bladed machines was elaborated. This way does not depend on their structure and design. The tool for conducting computational experiments in order to determine flow pattern and calculate both integral and averaged parameters of the working process in bladed systems was created. The basic results of research were used in the development of a project of sample pumps. When you are citing the document, use the following link http://essuir.sumdu.edu.ua/handle/123456789/3252