ДОСЛІДЖЕННЯ ВИМІРЮВАННЯ ХАРАКТЕРИСТИК ПОТОКУ У ВИХРОВИХ КАМЕРАХ НАСОСІВ З УРАХУВАННЯМ ВПЛИВУ ІНСТРУМЕНТА НА ПОТІК
Бічна панель сторінки статті
Основний зміст сторінки статті
Анотація
Досліджено вплив вимірювального інструменту на течію у вихорокамерному насосі (ВКН). Чисельне моделювання виконано в ANSYS CFX із використанням RANS‑моделі турбулентності SST; проведено стаціонарні та нестаціонарні розрахунки на неструктурованих сітках із контролем збіжності та критеріїв якості пристінного шару. Розглянуто декілька конфігурацій розміщення інструмента: у торцевій кришці (для різних відносних діаметрів) та на бічній поверхні камери. Оцінювання впливу здійснювалося за полями швидкості у меридіональній та горизонтальній площинах, картами різниці швидкостей відносно базового (безінструментального) випадку, ізоповерхнями λ2‑критерію та розподілами інтенсивності турбулентності. Показано, що отвори в торцевих кришках практично не змінюють енергетичні параметри насоса: погіршення ККД і витрати не перевищує ≈ 5 % у широкому діапазоні відносних діаметрів зонда – у межах типових експериментальних похибок. Натомість бічне встановлення спричиняє суттєву асиметрію течії, локальне підсилення турбулентності та помітне падіння ефективності: у найгіршому випадку ККД знижується до 0,32 від базового рівня. Виявлено, що основне систематичне відхилення у вимірюваннях стосується тангенціальної (обертальної) компоненти швидкості: рідина в каналі інструмента не встигає набути кутової швидкості основного потоку, тож локально занижується вимірюване значення. Для мінімізації впливу рекомендовано: розміщувати зонд у торцевій кришці; обмежувати відносний діаметр інструмента значенням ≤ 0,25 діаметра горла камери; орієнтувати приймач перпендикулярно до вимірюваної компоненти швидкості. Отримані результати конкретизують умови репрезентативності контактних вимірювань у ВКН та можуть бути використані для планування експериментів і побудови корекційних методик порівняння з CFD.
Блок інформації про статтю
Посилання
Rogovyi A., Voronova Ye. Comparative analysis of performance characteristics of jet vortex type superchargers. Avtomobil'nyy transport. 2016, issue 38, pp. 93–98.
Rogovyi A. Use of detached-eddy simulation method (DES) in calculations of the swirled flows in vortex apparatuses. Teka. Commission of Motorization and Power Industry in Agriculture. 2016, vol. 16, no. 3, pp. 57–62.
Mrózek L., Sláma V., Sedlák K., Tajč L. Analysis of losses in steam turbine control valves. AIP Conference Proceedings. 2021, vol. 2323, issue 1, p. 060003. doi: 10.1063/5.0042097
Alert R., Casademunt J., Joanny J. F. Active turbulence. Annual Review of Condensed Matter Physics. 2022, vol. 13, pp. 143–170. doi: 10.1146/annurev-conmatphys-082321-035957
Mendes L. P., Ricardo A. M., Bernardino A. J., Ferreira R. M. A comparative study of optical flow methods for fluid mechanics. Experiments in Fluids. 2022, vol. 63, a. no. 7. doi: 10.1007/s00348- 021-03357-7
Neogi A., Mohanta H. K., Sande P. C. Particle image velocimetry investigations on multiphase flow in fluidized beds: a review. Flow Measurement and Instrumentation. 2023, vol. 89, p. 102309. doi: 10.2139/ssrn.4272172
Brazhenko V., Mochalin I., Cai J. DIY-PIV system for Poiseuille flow investigation in undergraduate fluid mechanics course. International Journal of Mechanical Engineering Education. 2025, vol. 53, issue 2, pp. 373–390. doi: 10.1177/03064190241228440
Rogovyi A. S., Drankovskyi V. E., Tynianov O. D., Azarov A. S. Proyektuvannya oborotnoyi hidromashyny zasobamy Ansys ta doslidzhennya techiyi u nasosnomu rezhymi [Designing a reversible hydraulic machine with Ansys and studying the flow in the pumping mode]. Bulletin of the National Technical University "KhPI". Series: Hydraulic machines and hydraulic units. Kharkiv, NTU "KhPI" Publ., 2024, no. 2, pp. 73–81. doi: 10.20998/2411-3441.2024.2.11
Turecký P., Mrózek L., Tajč L., Kolovratník M. Analysis of pressure losses in the diffuser of a control valve. The European Physical Journal Web of Conferences. 2017. Vol. 143. P. 02135. doi: 10.1051/epjconf/201714302135
Rogovyi A., Azarov A., Kukhtenkov Y., Avershyn A., Khovanskyi S. Improving the Performance of a Centrifugal Compressor Through Computer-Aided Design and Optimization of Blade Thickness. Advances in Design, Simulation and Manufacturing VII: Proc. of the 7th Int. Conf. on Design, Simulation, Manufacturing: The Innovation Exchange, DSMIE- 2024. Vol. 2: Mechanical and Materials Engineering (4–7 June 2024, Pilsen, Czech Republic). Cham, Springer Publ., 2024, pp. 324–333. doi: 10.1007/978-3-031-63720-9_28
Pereira F. S., Eça L., Vaz G., Girimaji S. S. On the simulation of the flow around a circular cylinder at Re = 140,000. International Journal of Heat and Fluid Flow. 2019, vol. 76, pp. 40–56. doi: 10.1016/j.ijheatfluidflow.2019.01.007
Grioni M., Elaskar S., Mirasso A. E. Scale-adaptive simulation of flow around a circular cylinder near a plane boundary. Journal of Applied Fluid Mechanics. 2018, vol. 11, no. 6, pp. 1477–1488. doi: 10.29252/jafm.11.06.29036
Zhou X., Wang J., Hu Y. Experimental investigation on the flow around a circular cylinder with upstream splitter plate. Journal of Visualization. 2019, vol. 22, pp. 683–695. doi: 10.1007/s12650-019- 00560-x
Khalatov A. A., Kovalenko G. V., Meyris A. J. Heat transfer at the cross flow of a tube with an artificial asymmetry. Thermophysics and Thermal Power Engineering. 2017, vol. 39, no. 4, pp. 27–32. doi: 10.31472/ihe.4.2017.04
Syomin D. O., Rogovyi A. S. Vplyv umov vkhodu seredovyshcha, shcho perekachuyet'sya, na enerhetychni kharakterystyky vykhrekamernykh nasosiv [The influence of the inlet conditions of the pumped medium on the energy characteristics of vortex chamber pumps]. Bulletin of the National Technical University "KhPI". Series: Hydraulic machines and hydraulic units. Kharkiv, NTU "KhPI" Publ., 2015, no. 3 (1112), pp. 130–136.
Rogovyi A. S. Kontseptsiya stvorennya vykhorokamernykh nahnitachiv ta pryntsypy pobudovy system na yikh osnovi [The concept of vortex chamber superchargers creation and the principle of systems designing on their basis]. Visnyk Skhidnoukrayins'koho natsional'noho universytetu imeni Volodymyra Dalya [Visnik of the Volodymyr Dahl East Ukrainian national university]. Severodonetsk, SNU named after Volodymyr Dahl Publ., 2017, no. 3 (233), pp. 168–173.
Syomin D., Rogovyi A. Mathematical simulation of gas bubble moving in central region of the short vortex chamber. Теka. Commission of motorization and energetics in agriculture. 2012, vol. 12, no. 4, pp. 279–284.
Rogovyi A., Lukianets S., Krasnikov S., Hrechka I., Shudryk O. Energy characteristics of the oil vortex chamber supercharger. Grabchenko's International Conference on Advanced Manufacturing Processes. Cham, Springer Publ., 2023, pp. 561–570. doi: 10.1007/978-3-031-42778-7_52
Rogovyi A., Krasnikov S., Timchenko Y., Viunyk O., Sushko S. Use of a guide vane apparatus for swirling axial flow in vortex chamber pumps. AIP Conference Proceedings. 2025, vol. 3428, issue 1, p. 020013. doi: 10.1063/12.0038603
Kondus V., Andrusiak V., Sotnyk M., Polkovnychenko V., Mushtai M. The Influence of the Impeller Inter-blade Channels Roughness on the Energy Parameters of the Submersible Pump. Advances in Design, Simulation and Manufacturing VII: Proc. of the 7th Int. Conf. on Design, Simulation, Manufacturing: The Innovation Exchange, DSMIE-2024. Vol. 2: Mechanical and Materials Engineering (4–7 June 2024, Pilsen, Czech Republic). Cham, Springer Publ., 2024, pp. 253–270. doi: 10.1007/978-3-031- 63720-9_22
Xiao J., Wu Q., Chen L., Ke W., Wu C., Yang X., Jiang H. Assessment of different CFD modeling and solving approaches for a supersonic steam ejector simulation. Atmosphere. 2022, vol. 13, issue 1, p. 144. doi: 10.3390/atmos13010144
Huang H., Sun T., Li N., Zhang G. Sensitization of the modified SST model to the swirling and curvature for turbulent impinging jet heat transfer. International Journal of Heat and Mass Transfer. 2022, vol. 182, p. 121980. doi: 10.1016/j.ijheatmasstransfer. 2021.121980
Park J., Kim D. H., Lee S., Park J. S. Analysis of axisymmetric base flows with compressibility and rotation/curvature corrections to turbulence model. Journal of Computational Fluids Engineering. 2024, vol. 29, issue 4, pp. 204–216. doi: 10.6112/kscfe.2024.29.4.204
ANSYS, C. R24.1 Help manual. ANSYS Inc. 2024.
Sharapov S., Chekh O., Husiev D., Klymenko V., Shaparenko O. Increasing Boiling Fluid Flowing Efficiency from Motive Nozzles of Two-Phase Ejectors. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2021, vol. 1180, no. 1, p. 012059.
Kumar P., Mahesh K. A method to determine wall shear stress from mean profiles in turbulent boundary layers. Experiments in Fluids. 2022, vol. 63, a. no. 6. doi: 10.1007/s00348-021-03352-y
Mueller T. R., Vogt D. M., Fischer M., Phillipsen B. A. On the far-field boundary condition treatment in the framework of aeromechanical computations using ANSYS CFX. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers. Part A: Journal of Power and Energy. 2020, vol. 235, issue 5, pp. 1103–1118. doi: 10.1177/0957650920962698
Wallace J. M., Vukoslavčević P. V. Measurement of the velocity gradient tensor in turbulent flows. Annual review of fluid mechanics. 2010, vol. 42, pp. 157–181. doi: 10.1146/annurev-fluid-121108-145445
Mardani A., Asadi B., Beige A. A. Investigation of flame structure and precessing vortex core instability of a gas turbine model combustor with different swirler configurations. Physics of Fluids. 2022, vol. 34, issue 8, p. 085129. doi: 10.1063/5.0097430
Ryezva K. S., Drankovs'kyy V. E., Shevtsov V. M., Ospishcheva L. O. Zastosuvannya metodiv matematychnoho modelyuvannya pry chysel'nomu doslidzhenni hidrodynamichnykh kharakterystyk vysokonapirnoyi oborotnoyi hydromashyny [The application of methods of mathematical modeling for the numerical research of hydrodynamic characteristics of a high-head reversible hydraulic machine]. Bulletin of the National Technical University "KhPI". Series: Hydraulic machines and hydraulic units. Kharkiv, NTU "KhPI" Publ., 2020, no. 1, pp. 46–52.
Zhang Y. N., Qiu X., Chen F. P., Liu K. H., Dong X. R., Liu C. A selected review of vortex identification methods with applications. Journal of Hydrodynamics. 2018, vol. 30, issue 5, pp. 767–779. doi: 10.1007/s42241-018-0112-8
Dehdarinejad E., Bayareh M. Analysis of the vortical flow in a cyclone using four vortex identification methods. Powder Technology. 2023, vol. 428, p. 118897. doi: 10.1016/ j.powtec.2023.118897
Belabes B., Paraschivoiu M. Numerical study of the effect of turbulence intensity on VAWT performance. Energy. 2021, vol. 233, p. 121139. doi: 10.1016/j.energy.2021.121139
Srikanth H. V., Kesavan M. Numerical Simulations of Flow and Flame Characteristics of Double Cavity Trapped Vortex Combustor. Jordan Journal of Mechanical & Industrial Engineering. 2024, vol. 18, no. 4, pp. 835–845. doi: 10.59038/jjmie/180415