Известно, что обычные программы вычислительной гидродинамики неэффективны для такой задачи – расчете давления в выходной части отвода и напорном трубопроводе.
Разработан уникальный метод и программное обеспечение для 2-мерного и 3-мерного моделирования турбулентного течения и амплитуд пульсаций давления.
Метод базируется на представлении поля скорости в сжимаемой среде как суммы акустической и вихpевой моды движения на основании теоpемы Коши-Гельмгольца. Это позволяет учесть в вычислительном эксперименте псевдо-звуковые колебания вблизи ротора (вихревая мода) и акустические волны, распространяющиеся со скоростью звука по тракту насосной системы (акустическая мода) с отражением от акустических импедансов и формированием системы стоячих волн. Колебания давления в рабочей жидкости равны сумме колебаний, обусловленных нестационарным вихревым движением среды как несжимаемой — “псевдозвука”и акустических колебаний.
Результаты расчета позволяют с достаточной точностью получить энергетические характеристики насоса путем осреднения нестационарных параметров.
ПРИМЕРЫ ТЕСТИРОВАНИЯ И РАСЧЕТА
Экспериментальный модельный насос (рабочее тело — воздух)
Экспериментальный насос с открытым отводом (нулевой выходной импеданс). Проведено большое количество высокоточных измерений пульсаций давления, позволяющих строить экспериментальные распределения пульсационных параметров. Эти данные использовались для тестирования программного обеспечения

Экспериментальный   насос ЖРД  с двухъярусным центробежным колесом

Получено распределение амплитуд пульсаций давления в отводе и нестационарные нагрузки,  действующие на язык улитки.

Рисунок 3: Пульсации давления в разных точках отвода

• · Рисунок 4: Мнгновенное поле пульсационнгой составляющей давления в улитке

Экспериментальное двухъярусное центробежное колесо ЖРД

Оптимизация профиля лопаток колеса для снижения шаговой неравномерности потока

Генерация пульсаций давления в лопаточном диффузоре насосной ступени ТНА ЖРД

Выбрано оптимальное соотношение чисел лопаток колеса и диффузора.

• · Рисунок 5 Распределение завихренности в межлопаточных каналах (слева) и распределение параметров потока по шагу лопаточной решетки (справа)

Генерация пульсаций давления в лопаточном диффузоре насосной ступени ТНА ЖРД

Выбрано оптимальное соотношение чисел лопаток колеса и диффузора.

• · Рисунок 6 Мнгновенное распределение завихренности (слева) и акустико-вихревых осцилляций (справа)

Оптимизация геометрии осецентробежного колеса

3-мерный расчет нестационарного турбулентного течения в насосе высокой быстроходности. Оптимизация геометрии колеса позволила снизить пульсации давления  в 2 раза.

Рисунок 7 Поле скоростей в спиральном отводе и в колесе (в относительном движении); стрелкой показана зона вихревого следа на выходной кромке колеса из-за неоптимальной геометрии

Оптимизация геометрии ступени высоконапорного насоса

3-мерный расчет нестационарного турбулентного течения в ступени питательного насоса. Выбор оптимальной геометрии центробежного колеса и диффузора.

Рисунок 8 Мнгновенное распределение статического давления в лопаточном диффузоре ступени питательного насоса

Тестирование программы на экспериментальных данных для диагонального насоса

3-мерный расчет нестационарного турбулентного течения с последующей оценкой энергетических характеристик насоса проведен для двух диаметров центробежного колеса в диапозоне подачи от 30% до 120% от номинальной.

Рисунок 9 Мнгновенное распределение повышения статического давления в диагональном насосе