Для проверки правильности функционирования разработанного программного обеспечения были проведены расчеты амплитуд пульсаций давления в ряде насосов и вентиляторов. В частности детальное тестирование программного пакета было проведено на уникальной экспериментальной установке [14], где пульсации давления в модельном центробежном насосе измерялись более, чем в 300 точках отводящего устройства (Рис. 1).

Рис. 1. Модельный насос

Это позволяло реконструировать поле давления и поля амплитуд спектральных компонент во всей рабочей полости насоса. При расчетах была использована достаточно подробная конечно-разностная сетка для выявления всех особенностей нестационарного течения -- на межлопаточном шаге умещалось 12 узлов сетки.

Необходимо отметить, что данный насос не имеет выходного трубопровода, рабочим телом является воздух. Комплексный удельный акустический импеданс на выходе диффузора задавался с учетом этого условия.

Как показали расчеты и эксперимент, пульсации давления в отводящем устройстве насоса имеют сложный спектральный состав и различаются по амплитуде и по фазе в разных точках отводящего устройства. Три первых гармоники частоты следования рабочих лопаток были определяющими в спектре колебаний (расчет проводился для семи гармоник).

Наибольшие амплитуды получены в области, примыкающей к языку улитки и на выходе рабочего колеса. На выходе диффузора имеется область низких амплитуд, обусловленная влиянием выходного граничного условия (“открытый конец”). Кроме того внутри улитки имеется зона относительно низких амплитуд, связанная с особенностями генерации и распространения пульсаций давления в столь сложной области, которую представляет собой улитка центробежного насоса.

Рис. 2. Сравнение рассчитанной и измеренной полной амплитуды (Па) в разных точках отвода

На Рис. 2 показано сравнение экспериментальных и расчетных данных по полной амлитуде сигнала пульсаций давления в разных точках отвода. В расчете «МК1», течение в колесе принимается стационарным. Расчет «МК3» [10] учитывает нестационарное течение в центробежном колесе, когда параметры течения в лопаточных каналах зависят от углового положения колеса относительно отвода. Можно отметить хорошую сходимость результатов измерений и расчетов.

Рис. 3. Расчетный (вверху) и экспериментальный сигнал датчика 17 (см. Рис. 2)

Данный метод был успешно использован при моделировании влияния радиального зазора, оптимизации геометрии центробежных колес, определении благоприятного соотношения чисел лопаток рабочего колеса и лопаточного диффузора [13]. Версия для трехмерных вычислений в настоящее время тестируется для использования в таких машинах как осевые и диагональные насосы и вентиляторы, газонокосилки [15]и ветровые турбины.

Л И Т Е Р А Т У Р А

1.        D. Croba, J.L. Kueny. Unsteady flow computation in a centrifugal рumр coupling of the impeller and the volute. Fan Noise. An International INCE Symposium. Senlis (France). Рroceedings, 1992 pp.221 – 228

2.        S. Chu, R. Dong, J. Katz. The effect of blade-tongue interactions on the flow structure, pressure fluctuations and noise within a centrifugal pump. Pump noise and vibrations. 1st International Symposium, Clamart (France), 1993 pp. 13 – 34

3.        M.C. Thomрson, K. Hourigan, A.N. Stokes. Prediction of the noise generation in a centrifugal fan by solution of the acoustic wave equation. Fan Noise. An International INCE Symposium. Senlis (France). Proceedings, 1992 pp. 197 – 204

4.        E. Manoha, S. Redonnet, C. Delahay, P. Segaut, I. Mary, S. Ben Khelil, P. Guillen Numerical prediction of the unsteady flow and radiated noise from a 3D lifting airfoil. Colloque: Bruit des Ventilateurs à Basse Vitesse, l’Ecole Centrale de Lyon, 8 et 9 novembre, 2001, Collection of papers

5.        F. Perie, J. Buell  Combined CFD/CAA method for centrifugal fan simulation. 29th international congress on noise control engineering, InterNoise 2000, Nice (France), Proceedings, 2000, v. 1, p.641

6.        Тимушев С.Ф., Овсянников Б.В. Конечно-разностный метод расчета пульсаций давления на лопаточных частотах в спиральном отводе центробежного насоса. В кн.: Рабочие процессы в узлах и агрегатах двигателей летательных аппаратов./ Сб. трудов МАИ (каф.202), 1987.

7.        Timushev, S.F., Ovsyannikov, B.V. Pressure Fluctuation Numerical Simulation In A Centrifugal Pump Volute Casing. Journal de Physique IV, vol. 2. Second French Conference on Acoustics. Arcachon (France), 1992

8.        Timouchev, S.F, Illichov, K.P. 2D Numerical Simulation Of Unsteady Pressure Field In Centrifugal Pumps. Euro-Noise’95. An International INCE Symposium. Lyon (France). Proceedings, vol. 3, 1995.

9.        S. Timouchev. Numerical Modeling Of Non-Stationary Hydrodynamic Processes In Centrifugal Pumps And Ventilators. Harmony, Part I. CETIM, 1998

10.     Serguei Timouchev, Kirill Ilhichov, Jean Tourret Prediction Of BPF Pressure Pulsation In Centrifugal Pumps And Ventilators With Taking Into Account The Effect Of Machine Casing On Impeller Flow Parameters. 164 colloque SHF, Chatou, France, 21-22 November 2000, Published in: La Houille Blanche, No. 3/4-2001, pp.60-64.

11.   S. Timouchev, J. Tourret Prediction of BPF Pressure Pulsation Field In Centrifugal Pumps And Ventilators. 4th European Conference on Turbomachinery. Florence, Italy 20-23 Mach, 2001

12.     S. Timouchev, J. Tourret Harmony Software For Low Noise Design Of Centrifugal Ventilators Of Transport Machines. 29th international congress on noise control engineering-InterNoise 2000. Nice (France), Proceedings, 2000, v.6 p.3833

13.     Timouchev S., Tourret J. Numerical Simulation of BPF Pressure Pulsation Field In Centrifugal Pumps. 19^th International Pump Users Symposium, February 2002, Houston, Texas

14.     J. Tourret et al. Hydraulic Noise Generation Studies in Centrifugal Turbomachine Through Visualization of the Non Stationary Pressure Field in the Volute and in the Impeller. ASME/ Reprinted From FED-Vol. 128, Experimental and Numerical Flow Visualization. Editors: B. Khalighi etc./Book No. 1991, pp.239 – 246.

15.     Michael Bockhoff , Karine Mones,  Serguei Timouchev, Kirill Ilhicov, Andrey Aksenov Numerical and experimental study of 3D unsteady flow in a lawn mower blade for prediction of pressure pulsation and noise. 2^nd International symposium Fan Noise 2003, Senlis (France), 23-25 September 2003