Влияние давления на аэродинамические потери и несущую способность смазочного слоя для различных инертных газов
Опубликовано: 08.07.2025
Авторы: Веренин М.А.
Опубликовано в выпуске: #7(163)/2025
DOI: 10.18698/2308-6033-2025-7-2458
Раздел: Механика | Рубрика: Механика жидкости, газа и плазмы
Газовая смазка широко применяется в промышленности, поэтому ее математическое моделирование является актуальной исследовательской задачей. Для расчета течения газа требуется корректно определить его теплофизические свойства, в связи с чем неизбежно возникает вопрос о влиянии на них макроскопических параметров: давления и температуры. В частности, согласно результатам многочисленных экспериментов, с повышением давления значения вязкости расходятся с предсказаниями теории Чепмена — Энскога. В представленном исследовании существующая методика учета влияния высокого давления на свойства бинарных смесей инертных газов применяется к вычислению важнейших характеристик газового смазочного слоя: аэродинамических потерь и несущей способности. Приведены количественные оценки указанных эффектов в диапазоне температур 400…1200K и давлений 1…7 МПа. Рассмотренный метод может быть использован при написании и оптимизации программных кодов для решения задач газовой смазки.
EDN ACUUZO
Литература
[1] Лейбензон Л.С., ред. Гидродинамическая теория смазки. Москва, Гостех-издат, 1934.
[2] Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. Москва, Наука, 1970.
[3] Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя. Москва, Наука, 1974.
[4] Gross W.A. Gas film lubrication. New York — London, Wiley, 1962.
[5] Constantinescu V.N. Gas lubrication. New York, American Society of Mechanical Engineers, 1969.
[6] Турчак Л.И., Шидловский В.П. Теоретическое и численное исследование процессов газовой смазки на основе уравнений аэрогидродинамики. Известия РАН. Механика жидкости и газа, 2001, № 5, с. 24–34.
[7] Турчак Л.И., Шидловский В.П. Пространственная задача теории газовой смазки и ее решение с помощью метода сращиваемых асимптотических разложений. Журнал вычислительной и математической физики, 2002, т. 42, № 12, с. 1875–1880.
[8] Турчак Л.И., Шидловский В.П. Математическое моделирование проблем газовой смазки. Журнал вычислительной и математической физики, 2011, т. 51, № 2, с. 329–348.
[9] Звонарев П.Н. Разработка метода расчета радиальных упругогазодинамических подшипников с предварительно напряженными лепестками для малых турбомашин низкотемпературных установок: Дис. … канд. техн. наук. Москва, 2005.
[10] Сытин А.В. Решение комплексной задачи расчета характеристик радиальных лепестковых газодинамических подшипников: Дис. … канд. техн. наук. Орел, 2008.
[11] Bonello P., Pham H. The efficient computation of the nonlinear dynamic response of a foil air bearing rotor system. J. Sound Vib., 2014, vol. 333, pp. 3459–3478. DOI: 10.1016/j.jsv.2014.03.001
[12] Николаев В.С., Тищенко И.В. Математическое моделирование динамики ротора турбомашины на лепестковых газодинамических подшипниках при воздействии вибрации. Холодильная техника, 2022, т. 111, № 3, с. 165–179. DOI: 10.17816/RF111753
[13] Le Lez S., Arghir M., Frene J. Nonlinear numerical prediction of gas foil bearing stability and unbalance response. Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, 2009, vol. 131, no. 1.
[14] Kim D. Parametric studies on static and dynamic performance of air foil bearings with different top foil geometries and bump stiffness distributions. Journal of Tribology, 2007, vol. 129, no. 2, pp. 354–364. DOI: 10.1115/1.2540065
[15] Пешти Ю.В. Газовая смазка. Москва, МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1993.
[16] Коротеев А.С., Готовцев К.В., Захаренков Л.Э., Каревский А.В., Ловцов А.С., Ошев Ю.А. [и др.]. Совместное функционирование электроракетных двигателей и системы газотурбинного преобразования энергии в составе энергодвигательной установки космического назначения. Известия РАН. Энергетика, 2020, № 1, c. 3–20.
[17] Акимов В.Н., Захаренков Л.Э., Каревский А.В., Кувшинова Е.Ю., Семенкин А.В., Солодухин А.Е. Особенности построения и возможные применения мощных ядерных энергодвигательных установок перспективных космических аппаратов. Инженерный журнал: наука и инновации, 2019, вып. 6. DOI: 10.18698/2308-6033-2019-6-1889
[18] Акимов В.Н., Коротеев А.А., Коротеев А.С. Ядерная космическая энергетика: вчера, сегодня, завтра. Известия РАН. Энергетика, 2012, № 1, c. 3–11.
[19] Коротеев А.С., Ошев Ю.А., Попов С.А., Каревский А.В., Солодухин А.Е., Захаренков Л.Э., Семенкин А.В. Ядерная энергодвигательная установка космического аппарата. Известия РАН. Энергетика, 2015, № 5, с. 45–59.
[20] Андрианов Д.И., Захаренков Л.Э., Каревский А.В., Попов А.В., Попов С.А., Семенкин А.В [и др.]. Мощные энергодвигательные установки космического назначения с газотурбинным преобразованием энергии по замкнутому циклу Брайтона и особенности их экспериментальной отработки. Инженерный журнал: наука и инновации, 2016, вып. 7 (55). DOI: 10.18698/2308-6033-2016-7-1518
[21] Егоров К.С., Степанова Л.В. Теплофизические свойства смесей благородных газов с низкими числами Прандтля. Инженерный журнал: наука и инновации, 2019, вып. 3. DOI: 10.18698/2308-6033-2019-3-1858
[22] Tournier J.M., El-Genk M.S., Gallo B.M. Best estimates of binary gas mixtures properties for closed Brayton Cycle space application. AIAA-2006-4154.
[23] Tournier J.P., Mohamed S.E. Properties of noble gases and binary mixtures for closed Brayton Cycle application. Energy Conversion and Management, 2008, vol. 49, pp. 469–492.
[24] El-Genk M.S., Tournier J.M. Selection of noble gas binary mixtures for Brayton space nuclear power systems. AIAA-2006-59986.
[25] Дорфман Л.А. Гидродинамическое сопротивление и теплоотдача вращающихся тел. Москва, Гос. изд-во физ.-мат. лит-ры, 1960.
[26] Афанасьев А.А., Ковалев А.В. К определению момента сил трения диска, вращающегося в ограниченном пространстве, заполненном вязкой несжимаемой жидкостью. Вестник ВГУ. Серия: физика, математика, 2014, № 4, с. 94–101.
[27] Hirschfelder J.O., Curtiss C.F., Bird R.B. Molecular theory of gases and liquids. New York, John Wiley & Sons Inc., London, Chapman and Hall, 1954.
[28] Хайрер Э., Ваннер Г. Решение обыкновенных дифференциальных уравнений. Жесткие и дифференциально-алгебраические задачи. Москва, Мир, 1999.
[29] Hairer E., Wanner G. Radau Methods. Springer Berlin Heidelberg, 2015, pp. 1213–1216. DOI: 10.1007/978-3-540-70529-1_139
[30] Hairer E., Wanner G. Stiff differential equations solved by Radau methods. Journal of Computational and Applied Mathematics, 1999, vol. 111, pp. 93–111. DOI: 10.1016/S0377-0427(99)00134-X.
[31] Поликарпов А.В., Викулов А.П., Зотов С.Н., Костенко А.А., Гальперин И.И., Лабутин А.Д. Безмасляный центробежный электрокомпрессор на лепестковых газодинамических подшипниках. Холодильная техника, 2020, т. 109, № 2, с. 36–44. DOI: 10.17816/RF104085
[32] Щедухин С.И., Поликарпов А.В., Викулов А.П., Зотов С.Н., Розеноер Т.М., Костенко А.А., Воронов В.А. Безмасляный турбодетандер природного газа на лепестковых газодинамических подшипниках. Холодильная техника, 2017, т. 106, № 6, с. 46–50. DOI: 10.17816/RF99254.