Вход
  1. Главная
  2. Журналы
  3. Территория "Нефтегаз"
  4. Территория "Нефтегаз" 9-10.2026
Территория Нефтегаз 9-10.2026

Научная статья

EDN: QEBYXQ

УДК 621.89.012.2, 532.528
(UDK 621.89.012.2, 532.528)

Если Вы уже купили журнал

Авторизуйтесь

Или

Купить журнал Купить статью

АВТОМАТИЗАЦИЯ (AUTOMATION)

ОДНОМЕРНАЯ РАСЧЕТНАЯ МОДЕЛЬ ГАЗОЖИДКОСТНОГО ПОТОКА, СОЗДАВАЕМОГО КАВИТАЦИОННО-ВОЛНОВЫМ ГЕНЕРАТОРОМ В ГИДРОДИНАМИЧЕСКОМ КАНАЛЕ УПОРНОГО ПОДШИПНИКА СКОЛЬЖЕНИЯ

(ONE-DIMENSIONAL COMPUTATIONAL MODEL OF GAS-LIQUID FLOW FORMED BY CAVITATION-WAVE GENERATOR IN HYDRODYNAMIC THRUST SLIDING BEARING)

В работе представлена математическая модель кавитационно-волнового генератора, позволяющая рассчитывать гидродинамические параметры газожидкостного потока в узком протяженном канале, который имитирует гидродинамическую канавку упорного подшипника скольжения, работающего на воде. Модель базируется на уравнениях Бернулли и неразрывности для канала переменного сечения и учитывает изменение объемной доли газа, эффективной плотности и скорости смеси при эжекции балластной жидкости и воздуха. Экспериментальная часть выполнена на прозрачном модельном устройстве с трубкой Вентури в качестве кавитатора; в качестве рабочей среды использовалась водопроводная вода, подаваемая центробежным лопастным насосом. Исследование охватывает три режима: без эжекции, с эжекцией балластной воды и с одновременной подачей воздуха (2–8 л/мин). Установлено, что эжекция балластной воды повышает среднее гидростатическое давление в канале с 5 до 40 кПа, а дополнительная подача воздуха – до 77 кПа, при этом визуально фиксируется переход от факельной кавитации к однородной пузырьковой структуре с подавлением эрозионно-активных пульсаций. Получены распределения гидростатического давления вдоль канала, скорости потока и объемной доли газа. На основе чисел Рейнольдса, кавитации и Вебера обоснована возможность масштабирования результатов на реальные подшипниковые узлы. Новизна работы заключается в создании одномерной расчетной модели, учитывающей совместное влияние эжекции жидкости и вентиляции воздухом на параметры кавитационного потока в стесненном канале. Практическая значимость состоит в том, что предложенная модель позволяет обосновывать выбор геометрии гидродинамических канавок и режимы смазывания для проектирования нового класса жидкостных опор с пониженным трением и повышенной несущей способностью, включая низкооборотные узлы трения.

The authors present a mathematical model of a cavitation-wave generator that allows calculating the hydrodynamic parameters of a gas–liquid flow in a narrow, elongated channel that simulates the hydrodynamic groove of a water-lubricated sliding thrust bearing. The model is based on the Bernoulli and continuity equations for a variable cross-section channel, accounting for changes in the gas void fraction, effective density, and mixture velocity during the ejection of ballast liquid and air. The experimental part was carried out on a transparent model device using a Venturi tube as the cavitator; tap water supplied by a centrifugal vane pump served as the working medium. The study covers three operating modes, namely: no ejection, ballast water ejection, and simultaneous air supply (2–8 L/min). It was found that ballast water ejection raises the average hydrostatic pressure in the channel from 5 to 40 kPa, while the additional air supply increases it further to 77 kPa. At the same time, a visual transition from jet cavitation to a homogeneous bubbly structure is observed, accompanied by the suppression of erosion-active pulsations. The distributions of hydrostatic pressure along the channel, flow velocity, and gas void fraction were obtained. Based on the Reynolds, cavitation, and Weber numbers, the feasibility of extrapolating the results to full-scale bearing assemblies has been justified. The novelty of the work lies in the development of a one-dimensional computational model that accounts for the combined effect of liquid ejection and air ventilation on the cavitation flow parameters in a confined channel. The practical significance lies in the model’s ability to justify the hydrodynamic groove geometry and lubrication modes for designing a new class of low-friction, high-load-capacity fluid-film bearings, including low-speed friction units.

КАВИТАЦИОННО-ВОЛНОВОЙ ГЕНЕРАТОР, ГАЗОЖИДКОСТНЫЙ ПОТОК, УПОРНЫЙ ПОДШИПНИК СКОЛЬЖЕНИЯ, ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЙ КАНАЛ, ТРУБКА ВЕНТУРИ, ЭЖЕКЦИЯ, СУПЕРКАВИТАЦИЯ, ЧИСЛО ПОДОБИЯ, ЭРОЗИОННЫЙ ИЗНОС

CAVITATION-WAVE GENERATOR, GAS-LIQUID FLOW, SLIDING THRUST BEARING, HYDRODYNAMIC CHANNEL, VENTURI TUBE, EJECTION, SUPERCAVITATION, SIMILARITY NUMBER, EROSIVE WEAR

Н.А. Воронин1

1 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения им. А.А. Благонравова Российской академии наук (Москва, Россия).

N.A. Voronin1

1 Mechanical Engineering Research Institute of the Russian Academy of Sciences (Moscow, Russia).

Воронин Н.А. Одномерная расчетная модель газожидкостного потока, создаваемого кавитационно-волновым генератором в гидродинамическом канале упорного подшипника скольжения // Территория «НЕФТЕГАЗ». 2026. № 9–10. С. 12–22. EDN: QEBYXQ.

Voronin NA. One-dimensional computational model of gas-liquid flow formed by cavitation-wave generator in hydrodynamic thrust sliding bearing. Oil and Gas Territory [Territorija “NEFTEGAS”]. 2026; (9–10): 12–22. (In Russian)

Емельянов А.В., Емельянов И.А., Зенкина И.А. Анализ физических процессов, протекающих в смазочных слоях газодинамических подшипников // Инженерный вестник Дона: сетевое изд. 2017. № 4. URL: https://ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2017/4458. EDN: YUQJYH.

Hu D., Guo Z., Xie X., Yuan C. Effect of spherical-convex surface texture on tribological performance of water-lubricated bearing // Tribol. Int. 2019. Vol. 134. P. 341–351. DOI: 10.1016/j.triboint.2019.02.012.

Gherca A., Fatu A., Hajjam M., Maspeyrot P. Influence of surface texturing on the hydrodynamic performance of a thrust bearing operating in steady-state and transient lubrication regime // Tribol. Int. 2016. Vol. 102. P. 305–318. DOI: 10.1016/j.triboint.2016.05.041.

Xiao Q., Wang X., Wang Y., et al. Beyond smoothness: The art of surface texturing battling against friction // Int. J. Extreme Manuf. 2025. Vol. 7. Article ID 022014. DOI: 10.1088/2631-7990/ad9c01.

Gu C., Cui Y., Zhang D. Research on the optimal design approach of the surface texture for journal bearings // Lubricants. 2024. Vol.12, No. 4. Article ID 111. DOI: 10.3390/lubricants12040111.

Воронин Н.А. Влияние эффекта эжектирования на параметры и вид газогидродинамического потока воды, создаваемого искусственной кавитацией в стесненных условиях // Механика машин, механизмов и материалов. 2025. № 3 (72). С. 63–73. DOI: 10.46864/1995-0470-2025-3-72-63-73. EDN: JOBIUK.

Omelyanyuk M., Ukolov A., Pakhlyan I., et al. Experimental and numerical study of cavitation number limitations for hydrodynamic cavitation inception prediction // Fluids. 2022. No. 7 (6). Article ID 198. DOI: 10.3390/fluids7060198.

Folden T.S., Aschmoneit F.J. A classification and review of cavitation models with an emphasis on physical aspects of cavitation // Physics of Fluids. 2023. No. 35. Article ID 081301. DOI: 10.1063/5.0157926.

Malekshah E.H., Wroblewski W., Majcut M. Dissolved air effects on three-phase hydrodynamic cavitation in large scale Venturi – Experimental/numerical analysis // Ultrason. Sonochem. 2022. Vol. 90. Article ID 106199. DOI: 10.1016/j.ultsonch.2022.106199.

Инженерный справочник DPVA // Сетевой ресурс. URL: https://dpva.ru/ (дата обращения: 15.09.2026).

Malekshah E.H., Wroblewski W., Majcut M. Investigation on natural to ventilated cavitation considering the air-vapor interactions by Merging theory with insight on air jet location/rate effect // Int. J. Heat Mass Transfer. 2024. Vol. 220. Article ID 124968. DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2023.124968.

Li M., Bussonniere A., Bronson M., et al. Study of Venturi tube geometry on the hydrodynamic cavitation for the generation of microbubbles // Miner. Eng. 2019. Vol. 132. P. 268–274. DOI: 10.1016/j.mineng.2018.11.00.

Очеретяный С.А., Прокофьев В.В., Топейцев Г.В., Филатов Е.В. Автоколебания в осесимметричном генераторе импульсных струй, высокочастотный режим, связанный с неустойчивостью границы каверны // Известия РАН. Механика жидкости и газа. 2025. № 3. С. 15–29. DOI: 10.7868/s3034534025030026. EDN: HJHGEF.

Ганиев Р.Ф., Аганин А.А., Ганиев О.Р. и др. Сжатие кавитационного пузырька в вязкой жидкости // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2017. № 1. С. 3–8. EDN: YKVALN.

Цегельский В.Г. Двухфазные струйные аппараты. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2003. 408 с.

Ганиев С.Р., Шмырков О.В., Курменев Д.В. Об эффекте резкого повышения интенсивности протекания гидродинамических и нелинейных волновых процессов при изменении геометрии проточной части и давления на входе и выходе гидродинамических генераторов вихревого типа // Доклады РАН. Физика, технические науки. 2020. Т. 495. С. 89–92. DOI: 10.31857/S268674002006011. EDN: ZFZYQO.

Emel’janov AV, Emel’janov IA, Zenkina IA. Analysis of the physical processes occurring in the lubricating layer of gas-dynamic bearings. Engineering Journal of Don [Inzhenernyi vestnik Dona]. 2017; (4). https://ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2017/4458. (In Russian)

Hu D, Guo Z, Xie X, Yuan C. Effect of spherical-convex surface texture on tribological performance of water-lubricated bearing. Tribol. Int. 2019; (134): 341–351. https://doi.org/10.1016/j.triboint.2019.02.012.

Gherca A, Fatu A, Hajjam M, Maspeyrot P. Influence of surface texturing on the hydrodynamic performance of a thrust bearing operating in steady-state and transient lubrication regime. Tribol. Int. 2016; (102): 305–318. https://doi.org/10.1016/j.triboint.2016.05.041.

Xiao Q, Wang X, Wang Y, Zheng W, Xu J, Luo X, et al. Beyond smoothness: The art of surface texturing battling against friction. Int. J. Extreme Manuf. 2025; (7): article ID 022014. https://doi.org/10.1088/2631-7990/ad9c01.

Gu C, Cui Y, Zhang D. Research on the optimal design approach of the surface texture for journal bearings. Lubricants. 2024; 12(4): article ID 111. https://doi.org/10.3390/lubricants12040111.

Voronin NA. Influence of the ejection effect on the parameters and type of gas-hydrodynamic water flow created by artificial cavitation in constrained conditions. Mechanics of Machines, Mechanisms and Materials [Mekhanika mashin, mekhanizmov i materialov]. 2025; 72(3): 63–73. https://doi.org/10.46864/1995-0470-2025-3-72-63-73.

Omelyanyuk M, Ukolov A, Pakhlyan I, Bukharin N, El Hassan M. Experimental and numerical study of cavitation number limitations for hydrodynamic cavitation inception prediction. Fluids. 2022; 7(6): article ID 198. https://doi.org/10.3390/fluids7060198.

Folden TS, Aschmoneit FJ. A classification and review of cavitation models with an emphasis on physical aspects of cavitation. Physics of Fluids. 2023; (35): article ID 081301. https://doi.org/10.1063/5.0157926.

Malekshah EH, Wroblewski W, Majcut M. Dissolved air effects on three-phase hydrodynamic cavitation in large scale Venturi – Experimental/ numerical analysis. Ultrason. Sonochem. 2022; (90): article ID 106199. https://doi.org/10.1016/j.ultsonch.2022.106199.

DVPA.ru. Internet reference tables. https://dpva.ru/ [Accessed: 15 September 2026]. (In Russian)

Malekshah EH, Wroblewski W, Majcut M. Investigation on natural to ventilated cavitation considering the air-vapor interactions by Merging theory with insight on air jet location/rate effect. Int. J. Heat Mass Transfer. 2024; (220): article ID 124968. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2023.124968.

Li M, Bussonniere A, Bronson M, Xu Z, Liu Q. Study of Venturi tube geometry on the hydrodynamic cavitation for the generation of microbubbles. Miner. Eng. 2019; (132): 268–274. https://doi.org/10.1016/j.mineng.2018.11.00.

Ocheretyanyi SA, Prokofiev VV, Topeitsev GV, Filatov EV. Self-oscillations in an axisymmetric generator of pulsed jets: A high-frequency mode associated with cavity boundary instability. Fluid Dyn. [Izvestiya RAN. Mekhanika zhidkosti i gaza]. 2025; (3): 15–29. https://doi.org/10.7868/s3034534025030026. (In Russian)

Ganiev RF, Aganin AA, Ganiev OR, Granova GN, Davletshin AI, Ukrainsky LE, et al. Compression of a cavitation bubble in a viscous fluid. Journal of Machinery Manufacture and Reliability [Problemy mashinostroeniya i nadyozhnosti mashin]. 2017; (1): 3–8. (In Russian)

Tsegel’sky VG. Two-phase Jet Devices. Moscow: BMSTU; 2003. (In Russian)

Ganiev SR, Shmyrkov OV, Kurmenev DV. On the effect of a sharp increase in the intensity of hydrodynamic and nonlinear wave processes with changes in the flow path geometry and inlet and outlet pressures of vortex-type hydrodynamic generators. Dokl. Phys. [Doklady RAN. Fizika, tekhnicheskie nauki]. 2020; 495: 89–92. https://doi.org/10.31857/S268674002006011. (In Russian)
Назад к журналу
ТЕРРИТОРИЯНЕФТЕГАЗ

Внимание к деталям — от идеи
до воплощения! Только актуальная информация и свежие новости.

Журналы

Контент

О нас

Контакты