Дослідження нестаціонарних потоків рідини у вакуумованих трубопроводах
Автор: Герейчак Володимир Васильович
Кваліфікаційний рівень: магістр
Спеціальність: Обладнання переробних і харчових виробництв
Інститут: Інститут механічної інженерії та транспорту
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2021-2022 н.р.
Мова захисту: українська
Анотація: Гідромагістраль – це гідропристрій, призначений для руху робочого рідинного середовища або передачі тиску від одного гідропристрою до іншого. В ракутно-космічній техніці гідравлічні магістралі є основними елементами, що зв’язують між собою вузли і агрегати реактивних ракетних двигунів (РРД) – газові ємності, агрегати подачі компонентів палива, регулюючі агрегати двигуна, стендові або ракетні баки з двигуном тощо. Вони забезпечують протікання великої кількості робочої рідини. Для гідромагістралі потрібно вибрати індивідуальні робочі параметри, які забезпечують її надійну і довготривалу експлуатацію. При моделюванні нестаціонарних режимів роботи РРД рівняння математичної фізики виражають залежності зміни параметрів двигуна від часу. Більшість завдань, пов’язаних з дослідженням низькочастотної (до ~ 20 Гц) динаміки РРД, до яких, зокрема, відносяться: завдання запуску двигуна; стійкості систем регулювання і глибокого дроселювання; зупинки РРД, взаємодії двигуна з ракетними і стендовими системами; аналіз аварійних ситуацій, аварійного захисту РРД і діагностування його стану, а також ряд інших, необхідно вирішувати в нелінійній постановці. Це пов’язано з тим, що на нестаціонарних режимах параметри двигуна змінюються в широкому діапазоні, а в РРД є елементи з істотно нелінійними характеристиками. До них відносяться: різного роду зосереджені опори, через які протікає рідина; енергетичні характеристики насосів і турбін; сухе тертя і тертя спокою в елементах регуляторів, що труться, приводить до деформації характеристик; гістерезиси і неоднозначності в характеристиках гідравлічних, електричних, пневматичних приводів систем регулювання і так далі. Основні рівняння, що описують нестаціонарну гідродинаміку газорідинних потоків в трактах і агрегатах РРД, виводяться на основі законів збереження маси, імпульсу і енергії. Складанню системи нелінійних диференціальних рівнянь передує побудова структурної схеми двигуна у вигляді окремих ланок (вузлів, агрегатів РРД), між якими визначаються всі види можливих зв’язків, враховуються всі можливі газові і рідинні потоки, їх напрями і тому подібне. Вид рівнянь при описі взаємозв’язків між вхідними і вихідними параметрами ланки визначається відбиваючими процесами в даній ланці. Зазвичай хвилеві явища необхідно враховувати в гідромагістралях, що мають великі довжини (наприклад, від бака ракети-носія або випробувального стенду до входу в двигун). Опис хвилевих явищ в системах з розподіленими параметрами проводиться з використанням рівнянь в часткових похідних, що значно ускладнює методику вирішення прикладних завдань. В даному дослідженні було безпосередньо досліджено хвильові процеси що виникають при заповнені вакуумованих гідромагістралей робочими рідинами, а саме гідроудар. Гідравлічний удар – це різка зміна тиску в трубі, викликана великими локальними прискореннями рідини. Це коливальне явище протікатиме до тих пір, поки вся початкова енергія, що виникла в результаті гідравлічного удару, не буде витрачена на розсіювання енергії при вході ударної хвилі в бак і тертя, що має місце в реальних системах. У РРД гідравлічні удари зазвичай виникають в процесі заповнення трубопроводів при підході фронту рухомої рідини до насосів і місцевих опорів, при дозаправці у космосі і при закритті паливних клапанів в процесі зупинки двигуна. Пропонована в роботі методика дослідження гідродинамічних явищ описує зміну параметрів робочого середовища на довільній ділянці складної гідромагістралі з нестаціонарним, потоком. В методиці використовується теорія реальної, стискуваної рідини. Об’єкт дослідження – гідромагістралі. Предмет дослідження – гідроудар у вакуумованій гідромагістралі. Мета дослідження: метою даного дослідження являється аналіз динамічних процеси що відбуваються у вакуумованих гідромагістралях при заповнені їх рідиною. Ключові слова – дослідження, рідинні ракетні двигуни, вакуум, гідроудар, моделювання, герметичність, розрахунок. Перелік використаних літературних джерел: 1. Дорофеев А.А. Основы теории тепловых ракетных двигателей. Теория, расчет и проектирование: учебник для авиа- и ракетостроительных специальностей вузов/А.А. Дорофеев. – Изд. 2-е – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2010. – 463 с. 2. Шеремета Р.М. Техніка створення вакууму. Навчальний посібник. Вид-во НУ «ЛП», 2012. 188 с.. 3. Шеремета Р.М. Исследование явления гидроудара в сложных гидросистемах. Тез. доп. республ. н/т конф. «Повышение эффективности, совершенствование процессов и аппаратов химического производства», м.Львів, 20-22 вересня 1988р.