Управление кавитацией на крыле методом непрерывной тангенциальной инжекции

Известно, что кавитация, возникающая на рабочих элементах гидравлического оборудования, и сопровождающие ее различные гидродинамические явления, в особенности нестационарные, являются крайне нежелательными в силу того, что приводят к нарушению режимов эксплуатации, эрозии и механическому износу поверхностей, усилению шума и росту вибрационных нагрузок на несущие конструкции. Все это ведет к снижению эффективности гидромашин и увеличению продолжительности и количества плановых и текущих ремонтов, а, следовательно, более длительному простою техники и сокращению срока ее службы. Ввиду того, что на сегодняшний день форма и конфигурация рабочих элементов современных гидравлических систем уже максимально оптимизированы, их совершенствование фактически невозможно без применения и развития различных методов управления реализующимися в них течениями. В данной работе исследована возможность управления зарождением и развитием кавитации на стороне разрежения уменьшенной модели направляющей лопатки высоконапорной гидравлической турбины посредством непрерывной тангенциальной инжекции жидкости через поперечный щелевой канал на поверхности с помощью методов высокоскоростной визуализации и стробоскопической трассерной визуализации с высоким пространственным разрешением.

Зависимость продольного размера кавитационной зоны на модифицированной направляющей лопатки по отношению к зоне на оригинальном гидрокрыле от скорости инжекции	Зависимость амплитуды основной гармоники пульсации давления от скорости инжекции в сравнении с безынжекционным случаем.

Показано, что при низкоскоростной инжекции, когда скорость инжектирования меньше скорости набегающего потока, данный метод позволяет подавить кавитацию, задержать ее зарождение и развитие, а также воспрепятствовать развитию связанных с кавитацией неустойчивостей. Вместе с тем низкоскоростная инжекция приводит к усилению турбулентных пульсаций над поверхностью крыла, что увеличивает его гидродинамическое сопротивление. Высокоскоростная инжекция оказывается более предпочтительной с точки зрения гидродинамики течения, но при этом поток становится предрасположенным в большей степени к возникновению кавитации. На нестационарных режимах течения инжекция оказывается в основном малоэффективной для подавления неустойчивостей, однако позволяет существенно снизить амплитуду турбулентных пульсаций, связанных с этими неустойчивостями. На больших углах атаки с помощью предложенного метода удается полностью подавить кавитацию для некоторых режимов. При этом вне зависимости от скорости инжекции на нестационарных режимах не существует выделенной частоты пульсаций каверны вследствие наложения двух видов неустойчивостей (возвратной струи и кавитационного скачка).

ИТ СО РАН, чл.-корр. РАН Маркович Д.М., гл. н. с., д. т. н. Мальцев Л.И., м. н. с. Первунин К.С., м. н. с. Тимошевский М.В., асп. Запрягаев И.И., тел.: 8(383)335-66-84.