Т. 326, № 6

Особенности кавитационного обтекания уменьшенной модели направляющих лопаток радиально-осевой турбины

Общепризнанно, что основными причинами ухудшения эксплуатационных характеристик гидротехнического оборудования являются процессы кавитации и нестационарности различной природы. Цель работы: изучение кавитационных режимов и нестационарностей парогазовых каверн, возникающих на стороне разрежения двух симметричных тел обтекания: гидрокрыла NACA0015 и уменьшенной модели направляющих лопаток высоконапорных турбин. Методы исследования. Для изучения пространственной структуры и динамики кавитационных каверн, а также оценки интегральных параметров каверн применялась высокоскоростная визуализация. Измерение пространственных распределений скорости и турбулентных характеристик одно- и двухфазных течений вблизи тел обтекания осуществлялось методом анемометрии по изображениям частиц (Particle Image Velocimetry - PIV). Результаты. Для малых углов атаки (a=3°) при пузырьковой кавитации максимальный размер пузырей достигает 12 мм на модели направляющих лопаток и 13 мм на гидрокрыле NACA0015 непосредственно перед их схлопыванием. Эта разница, вероятно, вызвана различием в распределениях давления на стороне разрежения гидропрофилей. При уменьшении числа кавитации размер пузырей сокращается. Средняя скорость переноса пузырей несколько выше на модели направляющих лопаток при одинаковых числах кавитации. Увеличение угла атаки до a=9° приводит к изменению структуры присоединенной каверны на модели направляющих лопаток с пузырьковой на стриковую, как и в случае гидрокрыла NACA0015. При уменьшении числа кавитации наблюдается облачная кавитация, вызванная развитием собственной неустойчивости - возвратного течения под каверной вследствие действия неблагоприятного градиента давления. На модели направляющих лопаток переход к нестационарным режимам обтекания происходит быстрее (при меньшем изменении числа кавитации). Для модели направляющих лопаток был обнаружен новый вид облачной неустойчивости, который также характеризуется периодическим отрывом присоединенной каверны и последующим формированием облачной каверны. Основной особенностью этого типа облачной неустойчивости является то, что процесс отрыва кавитационных облаков сначала случается в пределах одной половины каверны от центрального сечения рабочего канала к одной из его боковых стенок, а затем происходит на другой стороне. Впоследствии этот цикл полностью повторяется. Данный процесс происходит на удвоенной частоте традиционной облачной кавитации и поэтому рассматривается в настоящей работе как субгармоника облачной неустойчивости. В случае однофазного потока при a=9° поперечный размер турбулентного следа за моделью направляющих лопаток примерно в два раза больше, чем за гидрокрылом NACA0015. Это вызвано отрывом потока от поверхности лопатки приблизительно на расстоянии 71 % длины хорды от передней кромки. Кроме того, по сравнению с малыми углами атаки отрыв потока на лопатке приводит к росту турбулентных флуктуаций в следе и появлению второго максимума в распределениях флуктуационной составляющей скорости.

Ключевые слова:

электронный ресурс, труды учёных ТПУ, кавитация, присоединенные каверны, облачные каверны, системные неустойчивости, собственные неустойчивости, направляющие лопатки, гидрокрылья, NACA0015, высокоскоростная визуализация, анемометрия, изображения, частицы,

Авторы:

Тимошевский Михаил Викторович

Чуркин Сергей Андреевич

Кравцова Александра Юрьевна

Первунин Константин Сергеевич

Семёнов Георгий Александрович

Маркович Дмитрий Маркович

Ханъялич Кемал

Скачать PDF