Конфузор с каплевидными биомиметическими наростами Российский патент 2023 года по МПК F15D1/06 

Изобретение относится к области энергомашиностроения, в частности, гидроэнергетики, и может быть использовано в разработке конструкций гидроагрегатов.

Известны входные патрубки турбомашин с конфузором (Повх И.Л. Техническая гидромеханика. 2-е изд., доп. - Л., Машиностроение, 1976. - 504 с. (366-374 с.); Расчет оптимального угла конусности конфузора /И.В. Качанов [и др.] // Агропанорама. 2005 №5 С. 7-10.; Альтшуль А.Д. Гидравлические сопротивления - М.: Недра, 1982. - 224 с. (146-150 с.)).

Их недостатком является низкая гидродинамическая эффективность.

Наиболее близким к заявляемому техническим решением является всасывающий патрубок скважинного насоса (пат. РФ №2220324, МПК F04B 47/00, F04B 53/16, опубл. 27.12.2003), имеющий рабочую сторону и снабженный кольцевым буртиком круглого сечения, причем внешний диаметр кольцевого буртика равен внешнему диаметру всасывающего патрубка, а внутренний диаметр кольцевого буртика меньше внутреннего диаметра патрубка на величину толщины его стенки.

Недостатком является недостаточно эффективная с точки зрения гидродинамических потерь форма входной кромки.

Техническая задача изобретения заключается в улучшении качества безотрывного обтекания и повышении эффективности управления пограничным слоем при обтекании конфузора.

Техническим результатом изобретения является снижение гидравлических потерь в конфузоре.

Это достигается тем, что конфузор содержит каплевидные биомиметические наросты, имитирующие наросты на плавнике горбатого кита, которые расположены на входной кромке и выступают вперед на 0,25l длины тела нароста, шаг расположения наростов равен полтора диаметра m=1,5D_н самих наростов, наросты расположены равномерно вдоль входной кромки конфузора, диаметр поперечного сечения D_н тела нароста составляет 0,04D_вх от величины входного диаметра конфузора, общая длина нароста l=2D_н, сужающаяся часть наростов расположена на рабочей стороне конфузора и имеет длину 1,5D_н, при этом количество наростов по периметру входной кромки линейно зависит от входного диаметра D_вх конфузора.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен общий вид конфузора с каплевидными биомиметическими наростами; на фиг. 2 представлена фронтальная проекция входной кромки конфузора с наростами; на фиг. 3 изображена схема продольного разреза каплевидного биомиметического нароста; на фиг. 4 изображены графики зависимости перепада высот на входе и выходе конфузора от расхода жидкости при использовании конфузора с каплевидными биомиметическими наростами и с буртиком.

Конфузор с каплевидными биомиметическими наростами 1 имеет равномерно распределенный по периметру входной кромки 2 ряд наростов 3, имеющих каплевидную форму, с шагом m=1,5D_н, где D_н - диаметр поперечного сечения тела нароста. Лобовая часть наростов 3 выступает вперед на 0,25l длины тела нароста 3. Наросты 3 своей сужающейся частью наложены на рабочую сторону 4 конфузора 1. Общая длина нароста 3 l=2D_н. Диаметр поперечного сечения D_н тела нароста составляет 0,04D_вх от величины входного диаметра конфузора. Количество наростов 3 линейно зависит от входного диаметра D_вх конфузора 1.

Конфузор с каплевидными биомиметическими наростами работает следующим образом.

При обтекании рабочей поверхности 4 конфузора 1 потоком жидкости происходит изменение характера обтекания, вызванное наростами 3 на входной кромке 2, что приводит к принудительному образованию структурированной упорядоченной группы вихревых дорожек позади наростов 3, которые распространяются далее на рабочей стороне конфузора 1. Количество вихревых дорожек равно количеству наростов 3.

Структура потока, создаваемая расположенными, согласно изобретению, наростами 3, обеспечивает более устойчивое безотрывное обтекание потоком рабочей части конфузора 1 и образование вихрей, изменяющих структуру пограничного слоя. Это приводит к снижению гидравлических потерь при обтекании конфузора с наростами по сравнению с обычным конфузором без них.

На графической зависимости перепада высот на входе и выходе конфузора от расхода жидкости Δh=а(Q), полученной по результатам расчетно-экспериментальных исследований конфузора с каплевидными биомиметическими наростами (см. фиг. 4) показана характеристика конфузора, имеющего буртик, и характеристика конфузора с каплевидными биомиметическими наростами на входной кромке, согласно изобретению. Исходя из фиг. 4 конфузор с каплевидными биомиметическими наростами на входной кромке снижает гидравлические потери в среднем на 7% по сравнению с конфузором с буртиком.

Использование изобретения позволяет изменить структуру течения в турбулентном пограничном слое, что в свою очередь ведет к снижению гидравлических потерь.

Изобретение относится к области энергомашиностроения, в частности, гидроэнергетики и может быть использовано в разработке конструкций гидроагрегатов. Конфузор с каплевидными биомиметическими наростами (1) имеет равномерно распределенный по периметру входной кромки (2) ряд наростов (3), имеющих каплевидную форму, с шагом m=1,5D_н, где D_н - диаметр поперечного сечения тела нароста. Лобовая часть наростов (3) выступает вперед на 0,25l длины тела нароста (3). Наросты (3) своей сужающейся частью наложены на рабочую сторону (4) конфузора (1). Общая длина нароста (3) составляет l=2D_н. Диаметр поперечного сечения D_н тела нароста составляет 0,04D_вх от величины входного диаметра конфузора (1). Количество наростов (3) линейно зависит от входного диаметра D_вх конфузора (1). Техническим результатом изобретения является снижение гидравлических потерь в конфузоре. 4 ил.

Конфузор, включающий рабочую сторону, отличающийся тем, что на входной кромке конфузора равномерно расположены каплевидные наросты, причем диаметр лобовой части нароста D_н равен 0,04D_вх входного диаметра конфузора, общая длина нароста l=2D_н, лобовая часть наростов выступает вперед на 0,25l, сужающаяся часть наростов расположена на рабочей стороне конфузора и имеет длину 1,5D_н, шаг расположения наростов равен полтора диаметра m=1,5D_н, при этом количество наростов по периметру входной кромки линейно зависит от входного диаметра D_вх конфузора.