|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИСТИНА ПсковГУ |
||
Изучение кавитационных автоколебаний при наличии в гидравлической системе вентилируемой каверны с отрицательным числом кавитации. Резонансные взаимодействия колебательных систем различной природы. Область существования различных мод автоколебаний, перспективы использования для пульсационных технологий.НИР
Studying of cavitational self-oscillations in the presence in a hydraulic system of the ventilated cavity with a negative cavitations number. Resonant interactions of oscillatory systems of the different nature. Area of existence of different modes of self-oscillations, use perspectives for the pulsation technologies.
- Руководитель НИР: Прокофьев В.В.
- Ответственные исполнители: Козлов И.И., Козлов И.И., Очеретяный С.А., Яковлев Е.А.
- Участники НИР: Бойко А.В., Бойко Г.Л., Бойко Г.Л.
- Подразделение: 105 Лаборатория нестационарной гидродинамики
- Срок исполнения: 1 января 2018 г. - 31 января 2020 г.
- Номер договора (контракта, соглашения): 18-01-00040
- Номер ЦИТИС: АААА-А18-118012290298-3
- Тип: Фундаментальная
- Приоритетное направление научных исследований: Гидродинамика высокоскоростных и нестационарных процессов
- ПН России: Транспортные и космические системы
- Критическая технология России: Технологии создания ракетно-космической и транспортной техники нового поколения
-
Ключевые слова:
перемешивание, эксперимент, струйное течение, пульсационные технологии, гидроакустика, каверна, отрицательное число кавитации, неустойчивость релея-тейлора, устойчивость, скоростная видеосъемка, кавитационные автоколебания
hydro acoustics, jet flow, cavity, the pulsation technologies, negative cavitations number, experiment, rayleigh-taylor's instability, mixing, cavitational self-oscillations, high-speed video filming -
Описание:
Проект направлен на решение фундаментальной задачи создания нового класса течений с образованием искусственных вентилируемых газовых полостей с повышенным по сравнению с окружающим пространством давлением, а также, на исследование устойчивости стационарного течения и условий существования различных автоколебательных режимов течения. Проведенные авторами проекта исследования показали принципиальное отличие течений с образованием искусственной каверны с отрицательным числом кавитации от обычных вентилируемых каверн (с положительным числом кавитации). Прежде всего, это связано с неустойчивостью границы каверны в смысле Релея-Тейлора, которая определяет совершенно другой механизм перемешивания и уноса газа из каверны. Обнаруженные автоколебательные режимы течения при больших поддувах газа в каверну также принципиально отличаются от хорошо изученных кавитационных автоколебаний в гидравлических системах, как механизмом обратной связи, так и определяющими параметрами. В Проекте исследуется малоизученный тип колебаний, связанный с взаимодействием двух колебательных систем различной природы – гидродинамика вентилируемой каверны и гидроакустика напорного трубопровода. Подобные явления наблюдаются в гидроэнергетике, где возникновения автоколебаний недопустимо, а также в топливных системах (помпаж). В проекте ставится цель теоретически и экспериментально исследовать всю совокупность факторов, определяющих область существования автоколебательных режимов. Будет проведено исследование методов управления автоколебательными режимами, в частности, изучена возможность перестройки различных мод автоколебаний путем организации искусственных пульсаций давления в напорной магистрали. Волновой механизм гидродинамических колебаний вентилируемой каверны достаточно хорошо изучен авторами проекта для случая длинных каверн. В предлагаемом проекте планируется исследовать противоположный режим, когда доминирующим становится процесс истечения порций жидкости в атмосферу. Будут исследованы условия возникновения различных частотных мод колебаний при одинаковой геометрии и средних параметрах течения, исследован вопрос о возможности использования автоколебательных режимов для создания пульсационных технологий, в частности, целесообразность использования на выходе сужений типа сопла Войцеховского для образования тонких импульсных струй. При выполнении проекта будут использованы хорошо зарекомендовавшие себя экспериментальные методы. Исследования будут проводиться на плоской струйной установке С-90 с использованием цифровой системы записи и обработки экспериментальной информации с помощью пакета программ LABVIEW-13. Исследование кинематических характеристик струйного течения (визуализация) планируется провести с помощью скоростной видеокамеры Phantom Miro 320. Запись осциллограмм давления синхронно с видеосъемкой позволяют изучить все детали явления. В теоретическом плане ставится задача развития математической модели, учитывающей волновой характер распространения возмущений вдоль границы каверны, гидроакустику напорного трубопровода, а также использующей одномерную модель течения в выходном сопле.
- Добавил в систему: Прокофьев Владислав Викторович
Источник финансирования НИР
| грант РФФИ |
Этапы НИР
| # | Сроки | Название |
| 1 | 1 января 2018 г.-31 декабря 2018 г. | Изучение кавитационных автоколебаний при наличии в гидравлической системе вентилируемой каверны с отрицательным числом кавитации. Резонансные взаимодействия колебательных систем различной природы. Область существования различных мод автоколебаний, перспективы использования для пульсационных технологий. |
| Результаты этапа: Экспериментально, на плоской струйной установке исследовано явление возникновения кавитационных автоколебаний при течении жидкости в магистрали с двумя сопротивлениями: первое сопротивление кавитатор, за которым образована искусственная вентилируемая каверна со средним давлением большим атмосферного, через второе сопротивление происходит истечение жидкости и газа в атмосферу. Исследования показали, что возникновение различных мод колебаний сильно зависит от свойств напорного трубопровода и, по видимому, связано с взаимодействием двух колебательных систем различной природы – гидродинамической (каверна) и акустической (подводящая труба), причем частоты автоколебаний в основном определяются свойствами каверны, а также условиями истечения жидкости и газа в атмосферу. Взаимодействием систем различной природы можно объяснить наблюдаемый сильный масштабный эффект. Измерения показали, что скорость распространения волн вдоль границы каверны близка к скорости невозмущенного течения и для оценки частот автоколебаний можно использовать скорость соответствующего стационарного течения, где давления в форкамере и каверне постоянны и равны осредненным по времени величинам нестационарного течения. Получен ряд экспериментальных данных подтверждающих возможность такого подхода. Показано, что свойства напорного трубопровода влияют на моду кавитационных автоколебаний (при одинаковых условиях наблюдалось до 4-х частотных мод). Поставлен вопрос о возможности использования автоколебательных режимов для создания на выходе пульсирующих струй. Исследованы режимы течения с применением на выходе сужающегося сопла Войцеховского, показана возможность использование такого сопла для формирования периодических импульсных струй, проведено измерение ударных давлений на преграду, установленную перпендикулярно истекающих из сопла периодических импульсных струй. | ||
| 2 | 1 января 2019 г.-31 декабря 2019 г. | Изучение кавитационных автоколебаний при наличии в гидравлической системе вентилируемой каверны с отрицательным числом кавитации. Резонансные взаимодействия колебательных систем различной природы. Область существования различных мод автоколебаний, перспективы использования для пульсационных технологий. |
| Результаты этапа: 1. С помощью математической модели будет исследована область существования автоколебательных режимов, особенностей взаимодействия двух колебательных систем, акустической и гидродинамической природы. 2. Будет получена зависимость числа кавитации, частоты и амплитуды автоколебаний от характеристик выходного сопла. 3. Будет проведена проверка возможности регулирования частоты автоколебаний с помощью изменения расстояния между кавитатором и входом в сопло. Определена зависимость от длины каверны амплитуды колебаний. 4. Для каждого исследования будет проведено измерение ударного воздействие пульсирующей струи на преграду. | ||
| 3 | 1 января 2020 г.-31 декабря 2020 г. | Изучение кавитационных автоколебаний при наличии в гидравлической системе вентилируемой каверны с отрицательным числом кавитации. Резонансные взаимодействия колебательных систем различной природы. |
| Результаты этапа: Экспериментально, на плоской струйной установке, и теоретически, в рамках одномерной модели нестационарного течения идеальной жидкости, исследовано явление возникновения кавитационных автоколебаний при течении жидкости в магистрали с двумя последовательными сопротивлениями: первое - кавитатор, за которым образована искусственная вентилируемая каверна, второе – сопло, через которое происходит истечение жидкости и газа в атмосферу. В теоретической модели учтена конечность скорости распространения волн давления в напорном трубопроводе и эффект перемешивания фаз на границе контакта газа и жидкости в процессе ускоренного движения в сопле порции жидкости (помпажный режим). Исследования показали, что возникновение различных частотных мод автоколебаний зависит от свойств напорного трубопровода и от объема каверны. Были проведены измерения параметров импульсного воздействия струи на препятствие, найдены режимы, когда естественно возникающее автоколебательное течение сопровождается интенсивным ударным воздействием на препятствие. Был поставлен вопрос о возможности использования автоколебаний для создания на выходе пульсирующих струй. Проведены расчеты для помпажного режима течения, показано хорошее согласование расчетных и экспериментальных данных. Эксперимент и расчеты показали, что скорость истечения порции жидкости растет с уменьшением начального объема каверны, скорость «выстрела» также увеличивается с увеличением частоты автоколебаний – показано, что вторая частотная мода более эффективна, чем первая. Однако имеется ограничение по частоте, связанное с возрастанием эффекта перемешивания жидкости и газа в сопле. Показано, что масштабный эффект (зависимость безразмерных параметров от скорости) исчезает при давлении напора жидкости больших 0.4 МПа, при этом давлении возможно моделирование течения в высоконапорных установках (5 – 10 МПа). Проведены расчеты процесса «выстрела» для сопел различной формы. Исследования показали, что имеется область параметров, при которых кавитационные автоколебания можно эффективно использовать для генерации периодических импульсных струй. | ||
Прикрепленные к НИР результаты
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".