Search

Сучасній ущільнювальній техніці ставиться складна, але дуже важлива задача, яка полягає у зменшенні витоків, а також у підвищенні ротородинамічних демпфуючих характеристик безконтактних ущільнень. Для цього використовується цілий ряд демпферних ущільнень: сотові, з сіткою отворів, кишенькові, лункові ущільнення та лабіринтні. У цій роботі представлені результати використання неявного розділеного підходу для двостороннього FSI. Даний метод застосований до моделі прямого наскрізного лабіринтового ущільнення з чотирма зубами. Також ця робота демонструє розрахунок величини витоків в лабіринтно-лунковому ущільненні, який виконаний за допомогою ОГД моделювання в програмному комплексі Ansys CFX.

У роботі використовується програмне забезпечення AxSTREAM® компанії SoftInWay (США) для проектування турбомашин. Національний технічний університет "ХПІ" (м. Харків) отримав право на використання ліцензійного програмного забезпечення та документації торгової марки AxSTREAM® в освітньому процесі. Результати комп'ютерного моделювання та чисельних досліджень отримано у процесі підготовки магістрів за програмою "Галузеве машинобудування". У роботі використовується сучасний підхід до проектування проточних частин гідравлічних машин. Цей підхід заснований на спільному вирішенні прямої та зворотної задач гідродинаміки. Проведено тестування роботи інтерфейсу середовища AxSTREAM® для вирішення задач проектування, розрахунку та оптимізації проточних частин гідравлічних машин. Розглянуто модуль попереднього проектування в система AxSTREAM®. Наведено інформацію про особливості проектування та чисельне дослідження перебігу в'язкої стисливої рідини в проточній частині відцентрового насоса. У роботі отримано проект відцентрового насоса на задані технічні умови. Проведено розрахунки енергетичних параметрів відцентрового насоса. Проведено дослідження впливу обточування робочого колеса на енергетичні характеристики насоса. Виконано розрахунок просторової течії у проточній частині робочого колеса насоса НК 65/35-70. Подано порівняння результатів розрахунків за обома методами з експериментом. Підтверджено доцільність використання напівемпіричних моделей для отримання попередніх наближень щодо оптимізації проточної частини. Проведено огляд сучасних пакетів обчислювальної гідродинаміки. The work uses AxSTREAM® software and documentation from SoftInWay (USA) for the design of turbomachines. National Technical University "KhPI" (Kharkov) received the right to use licensed software and documentation of the AxSTREAM® trademark in the educational process. The results of computer modeling and numerical studies were obtained in the process of preparing masters under the program "Industrial Mechanical Engineering". The work uses a modern approach to the design of flow parts of hydraulic machines. It is based on the joint solution of direct and inverse problems of hydrodynamics. The operation of the interface of the AxSTREAM® environment was tested to solve the problems of designing, calculating and optimizing the flow parts of hydraulic machines. The preliminary design module in the AxSTREAM® system is considered. The features of designing and numerical simulation of the flow of a viscous incompressible fluid of a centrifugal pump are considered. In the work, a design of a centrifugal pump for the given technical conditions was obtained. The energy parameters of the centrifugal pump have been calculated. A study was made of the influence of impeller turning on the energy characteristics of the pump. The calculation of the spatial flow in the flow part of the impeller of the pump NK 65/35-70 was performed. Comparison of the results of calculations by both methods with experiment is presented. The expediency of using semi-empirical models to obtain preliminary approximations on the optimization of the flow path has been confirmed. A review of modern packages of computational fluid dynamics is carried out.

The physics of multiphase flows, mathematical models of homogeneous and heterogeneous flows are considered in this work. The state of modern computational fluid dynamics and possibilities of modern engineering packages for computer modeling are analyzed. There are two approaches that can be used to model multiphase flows: distributed flow models and dispersed models. The possibilities of configured physical interfaces of the Comsol Multiphysics package, which implement methods of modeling multiphase flows, are considered: systems of equations embedded in them, their possibilities and limitations, areas of application, accuracy of interphase boundary position determination, possibility of turbulence modeling. The directives of a model choice of a multiphase flow depending on the set task are formulated. The problem is set and a dispersed model is built to study the mixing of the liquid in a closed container when injecting the gas phase from below, using the Bubble Flow interface of the Comsol package. The stages of setting up the physical interface, setting the initial and boundary conditions, construction of the calculation grid are described. The physical process was studied on the basis of the obtained results: diagrams of the volume concentration of the gas phase and diagrams of the modulus of velocity of the liquid phase with flow lines. The conclusion is made about the formation of a circulating flow with a large area of ​​circulation inside and vortices of Maffat reverse circulation in the corners. The flow pattern, the time of flow transition to the steady state, possible zones of fluid stagnation are determined., В работе рассмотрена физика многофазных течений, математические модели гомогенных и гетерогенных течений. Проанализировано состояние современной вычислительной гидродинамики и возможности современных инженерных пакетов прикладных программ для проведения компьютерного моделирования. Выделено два класса подхода, которые могут быть использованы для моделирования многофазных течений: модели распределенных течений и дисперсные модели. Рассмотрены возможности сконфигурированных физических интерфейсов пакета Comsol Multiphysics, реализующих методы моделирования многофазных течений: системы уравнений, которые в них заложены, их возможности и ограничения, области применения, точность определения положения межфазной границы, возможность моделирования турбулентности. Сформулированы директивы выбора модели многофазного течения в зависимости от поставленной задачи. Поставленна задача и построена дисперсная модель для исследования перемешивания жидкости в замкнутой емкости при инжектировании газовой фазы снизу, используя Bubble Flow интерфейс пакета Comsol. Описаны этапы настройки физического интерфейса, постановку начальных и граничных условий, построение расчетной сетки. Исследован физический процесс на основе полученных результатов: диаграмм объемной концентрации газовой фазы и диаграмм модуля скорости жидкой фазы с линиями тока. Сделан вывод об образовании циркуляционного течения с большой областью циркуляции внутри и вихрями обратной циркуляции Маффата в углах. Определен характер течения, время перехода течения к стационарному состоянию, возможные зоны застоя жидкости., В роботі розглянута фізика багатофазних течій, математичні моделі гомогенних та гетерогенних течій. Проаналізований стан сучасної обчислювальної гідродинаміки та можливості сучасних інженерних пакетів прикладних програм для проведення комп’ютерного моделювання. Виділено два підходи, які можуть бути використані для моделювання багатофазних течій: моделі розподіленої течії та дисперсні моделі. Розглянуто можливості сконфігурованих фізичних інтерфейсів пакету Comsol Multiphysics, що реалізують методи моделювання багатофазних течій: системи рівнянь, що в них закладені, їх можливості та обмеження, галузі застосування, точність визначення положення міжфазної границі, можливість моделювання турбулентності. Сформульовані директиви вибору моделі багатофазної течії в залежності від поставленої задачі. Поставлена задача та побудована дисперсна модель для дослідження перемішування рідини в замкнутій ємності при інжектуванні газової фази знизу, використовуючи Bubble Flow інтерфейс пакету Comsol. Описано етапи настроювання фізичного інтерфейсу, постановку початкових та граничних умов, побудову розрахункової сітки. Досліджено фізичний процес на основі отриманих результатів: діаграм об’ємної концентрації газової фази та діаграм модуля швидкості рідкої фази із лініями течії. Зроблено висновок про утворення циркуляційної течії із великою областю циркуляції всередині та вихорами зворотної циркуляції Маффата у кутах. Визначено характер течії, час переходу течії до стаціонарного стану, можливі зони застою рідини.

Дипломна робота містить: 122 с., 8 табл., 40 рис., 4 дод. та 22 джерел. В даній роботі розглядається розробка програмного забезпечення, що моделює рух вільного потоку газу або рідини та потоку навколо твердого тіла. Моделювання здійснюється чисельними методами обчислювальної гідродинаміки. Об’єктом дослідження є гідродинаміка потоків рідин та газів. Предметом дослідження є застосування методів чисельного рішення рівняння Нав’є – Стокса до моделювання рідини. Метою даної роботи є розробка кросплатформного програмного забезпечення для моделювання потоку рідин та газів. У роботі наводиться огляд існуючих чисельних методів для рішення рівнянь Нав'є-Стокса та інших методів симуляції потоків. У розділі «Застосування рівняння Нав’є-Стокса для моделювання потоку рідини» детально розбирається метод рощеплення та різні чисельні методи для вирішення рівняння адвекції та тиску, які були обрані для використання в розробці. Результатом роботи є кросплатформний додаток, що моделює рух потоків газу або рідини навколо твердого тіла, який здатен працювати на малопотужних комп'ютерах користувачів і не вимагає від користувача глибоких знань в області гідромеханіки. Детально процес розробки програми описаний в розділі «Практична частина». У висновку описуються досягнуті результати та можливі результати досліджень, такі як введення параметра температури у симуляцію, розгляд рівняння для стисливої рідини, т.д. Thesis contains: 122 p., 8 tables, 40 fig., 4 add. and 22 references. The paper is aimed at revealing development of software that models fluid and smoke free flow and flow around the solid body. Computational fluid dynamic methods are used for modeling. The object of the study is fluid and smoke dynamics. The subject of the study is the use of numerical methods for the Navier – Stokes equation for fluids modeling. The principal aim of this work is to develop cross platform software for fluid and smoke simulation. Different numerical methods for Navier - Stokes equation and other simulation methods are explored in this paper. Splitting method, different numerical methods for solving advection and pressure equation that are used for simulation are explored in section “The use of Navier – Stokes equation for fluid flow modeling”. The result of this work is cross platform software, which models the fluid and smoke flow around the solid body and able to work on users’ low-capacity personal computers. What is more, this software doesn’t require users’ deep knowledge in fluid dynamics. Software development process is described in details in section “Practical part”. Final results and possible future research, like adding temperature parameter into simulation, investigation of compressible fluid equation for simulation, etc. are described into conclusions.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.17 – гідравлічні машини та гідропневмоагрегати. – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", Харків, 2018 р. Дисертацію присвячено вирішенню важливої науково-технічної задачі підвищення ефективності роботи заглибного електровідцентрового насоса при його роботі на реальній рідині, що представляє собою суміш в'язкої неньютонівської рідини, води та газу, за рахунок вдосконалення математичних моделей. Виконано аналіз концепцій розвитку насособудування в Україні. Описано методи математичного моделювання тривимірних течій в'язкої реальної рідини та їх переваги над фізичними експериментами. Обрано пакет програм для проведення чисельного експерименту в каналах заглибних насосів OpenFOAM. Для моделювання течії рідини в проточній частині насоса використовувалась система рівнянь нерозривності та Навье-Стокса. Для її замикання було обрано k-ε модель турбулентності. Досліджено вплив реологічних властивостей неньютонівських рідин на характеристики відцентрового насоса. Наведено математичну модель турбулентної тривимірної течії неньютонівської рідини. Для розрахунків обрано модель неньютонівської рідини Гершеля-Балклі, що найбільш точно описує поведінку рідин даного типу. Вдосконалено залежності для перерахунку характеристик насосу при його роботі на реальній рідині. Визначено та обрано підхід та математичну модель для моделювання тривимірної течії в'язкої газорідинної суміші та показані особливості при розрахунках такого типу рідин в пакеті OpenFOAM. Розглянуто шляхи підвищення ефективності заглибних насосів шляхом зміни проточної частини. Визначено раціональний кут нахилу вихідної кромки. Запропоновано модифіковану ступінь насоса, котра захищена патентом України, для перекачування рідини з підвищеним вмістом газу. Розглянуто та вдосконалено математичну модель сумісної роботи реальної свердловини та заглибного відцентрового насоса у вигляді пакета прикладних програм. Це дало змогу визначати основні фізичні характеристики рідини в залежності від термодинамічних умов. Thesis for granting the Degree of Candidate of Technical sciences in speciality 05.05.16 – Hydraulic machines and hydropneumatic units. – National Technical University "Kharkiv Politechnic Institute", 2018. The dissertation is devoted to the solution of an important scientific and technical problem of increasing the efficiency of a submersible electric centrifugal pump when it operates on a real liquid, which is a mixture of viscous non-Newtonian fluid, water and gas by improving mathematical models. An analysis of the concepts of development of pumping plant in Ukraine is carried out. The methods of mathematical modeling of three-dimensional flows of a viscous real liquid and their advantages over physical experiments are described. Selected software package for numerical experiment in OpenFOAM submersible pump channels. A system of indeterminate and Navier-Stokes equations was used to simulate the flow of fluid in the flow section of the pump. For its closure a k-ε turbulence model was chosen. The influence of rheological properties of non-Newtonian fluids on the characteristics of a centrifugal pump is investigated. The mathematical model of the turbulent three-dimensional flow of the non-Newtonian fluid is given. For calculations, a model of the Herschel-Bulkley non-Newtonian fluid is chosen, which most accurately describes the behavior of liquids of this type. The dependencies for the recalculation of the characteristics of the pump during its operation on the real liquid have been improved. The approach and mathematical model for modeling the three-dimensional flow of a viscous gas-liquid mixture are determined and chosen, and features are shown in the calculations of this type of fluid in the OpenFOAM package. The ways of increasing the efficiency of submersible pumps by changing the flow part are considered. The rational angle of inclination of the initial edge is determined. The modified degree of the pump, protected by the Ukrainian patent, is offered for pumping a liquid with an increased gas content. The mathematical model of a compatible operation of a real well and a submersible centrifugal pump in the form of a package of applied programs is considered and improved. This made it possible to determine the basic physical characteristics of the liquid, depending on the thermodynamic conditions.

In recent years, one of the common methods of launching of small unmanned aerial vehicles (UAVs ) was a container or pipe start. Composite model is pushed out of the tube and opens in flight. One disadvantage of the considered devices is limited by internal dimensions of the container scope and, consequently, lengthening the front and rear wings. Reduced lengthening wings leads to poor aerodynamic performance (s) of the aircraft, reducing the duration and distance of the flight. For this reason it is advisable to consider using a telescope (stepped ) wing, consisting of the main and sliding sections.Article consecrated to the issue of determining the aerodynamic characteristics of the telescopic wing with its various geometrical parameters.This paper presents and analyzes the aerodynamic characteristics of the telescopic wing by using numerical and experimental methods.Variable geometry parameters in the numerical study were mentioned swing wing base (1050, 1155, 1260, 1365, 1470 mm) and swing drawer telescopic wings (105, 210, 315, 420 mm). Experimental research aircraft with conventional and telescoping wings were performed in a certified wind tunnel AT-1.In general telescopic wing significantly increases the aerodynamic efficiency of the aircraft. Experimentally that by using a sliding area of the 32.9 % of the maximum aerodynamic wing aircraft quality increases by ΔKmax ≈ 4,4 ( from 11.6 to 16.0).Based on the results of the experiment can be said about the prospects of using the telescopic wing for small UAVs container start.It is shown that the Panel- vortex method can be used only for a rough estimate of the aerodynamic characteristics of the telescopic wings stage of conceptual design., Рассмотрена проблема определения аэродинамических характеристик телескопического крыла БПЛА. Предоставлено теоретическое обоснование преимущества телескопического крыла над обычным крылом с точки зрения аэродинамического качества. Проведены численные и экспериментальные исследования аэродинамических характеристик телескопического крыла при низких числах Рейнольдса. Проанализированы характерные аэродинамические зависимости телескопического крыла при разной геометрии выдвижных частей. Экспериментально установлено, что при использовании выдвижной части площадью 32,9 % площади крыла максимальное аэродинамическое качество летательного аппарата повышается на ΔКmax 4,4 (с 11,6 до 16,0) . На основе этого можно утверждать о перспективности использования телескопического крыла для малых беспилотных летательных аппаратов контейнерного старта.Показано, что панельно-вихревой метод можно использовать только для грубой оценки аэродинамических характеристик телескопического крыла на этапе эскизного проектирования., Розглянута проблема визначення аеродинамічних характеристик телескопічного крила БПЛА. Надано теоретичне обґрунтування переваги телескопічного крила над звичайним крилом з точки зору аеродинамічної якості. Проведені чисельні та експериментальні дослідження аеродинамічних характеристик телескопічного крила при низьких числах Рейнольдса. Проаналізовані характерні аеродинамічні залежності телескопічного крила при різній геометрії висувних частин. Експериментально встановлено, що при використанні висувної частини площею 32,9 % площі крила максимальна аеродинамічна якість літального апарата підвищується на ∆Кmax 4,4 (з 11,6 до 16,0). На основі цього можна стверджувати про перспективність використання телескопічного крила для малих безпілотних літальних апаратів контейнерного старту.Показано, що панельно-вихровий метод можна використовувати лише для грубої оцінки аеродинамічних характеристик телескопічного крила на етапі ескізного проектування.

Розглянута проблема визначення аеродинамічних характеристик телескопічного крила БПЛА. Надано теоретичне обґрунтування переваги телескопічного крила над звичайним крилом з точки зору аеродинамічної якості. Проведені чисельні та експериментальні дослідження аеродинамічних характеристик телескопічного крила при низьких числах Рейнольдса. Проаналізовані характерні аеродинамічні залежності телескопічного крила при різній геометрії висувних частин. Експериментально встановлено, що при використанні висувної частини площею 32,9 % площі крила максимальна аеродинамічна якість літального апарата підвищується на ΔКmax ≈ 4,4 (з 11,6 до 16,0). На основі цього можна стверджувати про перспективність використання телескопічного крила для малих безпілотних літальних апаратів контейнерного старту. Показано, що панельно-вихровий метод можна використовувати лише для грубої оцінки аеродинамічних характеристик телескопічного крила на етапі ескізного проектування. In recent years, one of the common methods of launching of small unmanned aerial vehicles (UAVs) was a container or pipe start. Composite model is pushed out of the tube and opens in flight. One disadvantage of the considered devices is limited by internal dimensions of the container scope and, consequently, lengthening the front and rear wings. Reduced lengthening wings leads to poor aerodynamic performance (s) of the aircraft, reducing the duration and distance of the flight. For this reason it is advisable to consider using a telescope (stepped) wing, consisting of the main and sliding sections. Article consecrated to the issue of determining the aerodynamic characteristics of the telescopic wing with its various geometrical parameters. This paper presents and analyzes the aerodynamic characteristics of the telescopic wing by using numerical and experimental methods. Variable geometry parameters in the numerical study were mentioned swing wing base (1050, 1155, 1260, 1365, 1470 mm) and swing drawer telescopic wings (105, 210, 315, 420 mm). Experimental research aircraft with conventional and telescoping wings were performed in a certified wind tunnel AT-1. In general telescopic wing significantly increases the aerodynamic efficiency of the aircraft. Experimentally that by using a sliding area of the 32.9 % of the maximum aerodynamic wing aircraft quality increases by ΔKmax ≈ 4,4 (from 11.6 to 16.0). Based on the results of the experiment can be said about the prospects of using the telescopic wing for small UAVs container start. It is shown that the Panel- vortex method can be used only for a rough estimate of the aerodynamic characteristics of the telescopic wings stage of conceptual design. Рассмотрена проблема определения аэродинамических характеристик телескопического крыла БПЛА. Предоставлено теоретическое обоснование преимущества телескопического крыла над обычным крылом с точки зрения аэродинамического качества. Проведены численные и экспериментальные исследования аэродинамических характеристик телескопического крыла при низких числах Рейнольдса. Проанализированы характерные аэродинамические зависимости телескопического крыла при разной геометрии выдвижных частей. Экспериментально установлено, что при использовании выдвижной части площадью 32,9 % площади крыла максимальное аэродинамическое качество летательного аппарата повышается на ΔКmax 4,4 (с 11,6 до 16,0). На основе этого можно утверждать о перспективности использования телескопического крыла для малых беспилотных летательных аппаратов контейнерного старта. Показано, что панельно-вихревой метод можно использовать только для грубой оценки аэродинамических характеристик телескопического крыла на этапе эскизного проектирования.

Здійснений порівняльний аналіз відомих аналітичних залежностей для розрахунку калібрувального коефіцієнта ультразвукових перетворювачів витрати з діаметральним акустичним каналом. Розроблено новий алгоритм визначення калібрувального коефіцієнта ультразвукових перетворювачів витрати із таким акустичним каналом. На основі сучасних моделей турбулентності та методів обчислювальної гідродинаміки виконано моделювання стаціонарного потоку газу у вимірювальній секції ультразвукового витратоміра. За результатами моделювання визначено за розробленим алгоритмом значення калібрувального коефіцієнта для чотирьох варіантів (кути 0°, 45°, 90° та 135°) розміщення площини діаметрального акустичного каналу ультразвукового перетворювача витрати за умови гладкої внутрішньої поверхні вимірювального трубопроводу. Встановлено, що значення коефіцієнта калібрування, отримані за розробленим алгоритмом добре узгоджуються із результатами розрахунку за аналітичними рівняннями, отриманими на основі степеневого закону розподілу швидкості., Представлен сравнительный анализ известных аналитических зависимостей для расчета калибровочного коэффициента ультразвуковых преобразователей расхода с диаметральным акустическим каналом. Разработан новый алгоритм определения калибровочного коэффициента ультразвуковых преобразователей расхода с диаметральным акустическим каналом. На основе современных моделей турбулентности и методов вычислительной гидродинамики выполнено моделирование стационарного потока газа в измерительной секции ультразвукового расходомера. По результатам моделирования определены по разработанному алгоритму значения калибровочного коэффициента для четырех вариантов (углы 0°, 45°, 90° и 135°) размещения плоскости диаметрального акустического канала ультразвукового преобразователя расхода при гладкой внутренней поверхности измерительного трубопровода. Установлено, что значение коэффициента калибровки, полученные по разработанному алгоритму хорошо согласуются с результатами расчета по аналитическим уравнениями, полученными на основе степенного закона распределения скорости., The comparative analysis of known analytical relations to calculate the calibration coefficient of ultrasonic transducers with diametric acoustic channel is presented. A new algorithm for determining the calibration coefficient of ultrasonic transducers with diametric acoustic channel is developed. It allows to calculate the value of the calibration factor on the basis of CFD-modeling. Modeling of steady flow of gas in the measuring section of the ultrasonic flowmeter is made on the basis of the modern turbulence models and methods. The calibration coefficient for the four locations of the plane of the diametric acoustic channel (angles 0°, 45°, 90° and 135°) is calculated using developed algorithm and modeling results for a smooth inner surface of the measuring pipe. It is confirmed that the values of the calibration coefficient obtained by developed algorithm are in good agreement with the values of the calibration coefficient calculated by analytical equations obtained from a power law of the velocity distribution.

The results of flow modelling in Rotor37compressor blade row using k-ω и SST turbulence models are presented. The analysis of applicability of turbulence models for prediction of compressor row aerodynamic characteristics, based on modeling results, is performed, Приведены результаты моделирования течения в венце компрессора Rotor37 с использованием моделей турбулентности k-ω и SST. Проведен анализ применимости моделей турбулентности для прогнозирования аэродинамических характеристик компрессорных венцов, Наведені результати моделювання течії у венці компресора Rotor37 з використанням моделей турбулентності k-ω и SST. Проведено аналіз придатності моделей турбулентності для прогнозування аеродинамічних характеристик компресорних вінців

Numerical modeling of viscous gas flow in compressor blade cascades using k-ω and SST turbulence models is performed. Analysis of obtained results is taken, conclusion about usability of employed turbulence models, aimed to obtain reliable flow numerical results, is drawn., Проведене чисельне моделювання течії в’язкого газу в решітках компресорних лопаток з використанням моделей турбулентності k-ω и SST. Проведено аналіз отриманих результатів, зроблено висновок про можливість використання моделей турбулентності для отримання вірогідних результатів чисельного моделювання течії.

Експериментально перевірено коректність методики аеродинамічного розрахунку за допомогою програмного забезпечення PANSYM. Розглянуто випадки літака з невідхиленим та відхиленим закрилком, з вихорогенераторами та без них. Визначено умови, за яких допускається використання результатів розрахунку даної програми. In this article correctness of the aerodynamic calculation method with help of PANSYM software was checked experimentally. Cases of the plane with deflected and non-deflected flaps, with and without vortex generators were considered. The conditions in which use of program computation results is acceptable were defined. В данной работе экспериментально проверено корректность методики аэродинамического расчета при помощи программного обеспечения PANSYM. Рассмотрены случаи самолета с неотклоненным и отклоненным закрылком, с вихрегенераторами и без них. Определены условия, при которых допускается использование результатов расчета данной программы.