低汽蚀余量高速泵诱导轮研究

诱导轮是用来改善高速泵汽蚀性能的重要部件。为了研究诱导轮设计参数对高速泵汽蚀性能的影响,对一台卧式高速泵的诱导轮分别进行了3种方案的设计,并且对安装了每一种设计方案诱导轮的卧式高速泵都在试验室进行了相应的汽蚀试验,试验结果显示通过合理设计诱导轮参数可以显著提高高速泵的汽蚀性能。为了进一步研究诱导轮内部液体的流动状态,采用雷诺时均方法,对诱导轮内部的流场进行数值模拟,研究了诱导轮叶片工作面上相对速度分布及压力分布情况。依据数值模拟和试验结果,提出了对于本结构的高速泵诱导轮设计时诱导论的扬程系数应小于0.15,进口液流冲角要在合理范围内选取,不能取值过小。在合理的设计条件下,高速泵配备相等螺距诱导轮可以达到优良的汽蚀性能。     

诱导轮出口参数对高速离心泵性能的影响

某型号液体火箭发动机用高速诱导轮离心泵存在抗汽蚀性能偏低的问题,而液体火箭发动机对泵的抗汽蚀性能有特别严格的要求,其直接影响发动机的性能和可靠性。为获得更高的效率,按照常规泵设计经验选取较大的诱导轮出口角,而理论分析此时诱导轮和离心轮的能量匹配不是最佳,不能获得较好的汽蚀性能。经过理论分析,提出降低诱导轮出口角的改进方案,并对诱导轮离心泵流场进行数值模拟,并在试验室进行了试验验证。仿真及试验表明在相同叶轮外形尺寸条件下,提出适当降低诱导轮出口参数的设计方法,虽然泵的扬程和效率略有降低,但泵的抗汽蚀性能得到大幅提高,该方法提高泵的抗汽蚀性能是可行的。     

前置不同诱导轮的高速离心泵性能

为研究分流叶片诱导轮及变螺距诱导轮对离心泵水力性能及汽蚀性能的影响,对具有前置诱导轮的高速离心泵进行了试验和数值模拟。外特性试验表明,两种前置诱导轮对高速离心泵效率的影响均不显著,前置分流叶片诱导轮的离心泵扬程相对于前置变螺距诱导轮有显著下降。汽蚀试验表明,小流量工况下前置分流叶片诱导轮的离心泵抗汽蚀性能较优,大流量工况下前置变螺距诱导轮的离心泵抗汽蚀性能较优,其余工况下两者的抗汽蚀性能相当。仿真结果表明,大流量工况下分流叶片诱导轮扬程较低,不能满足离心轮进口能量需求,致使前置分流叶片诱导轮的离心泵汽蚀性能变差。     

诱导轮平面叶栅汽蚀不稳定现象的数值分析

诱导轮是现代液体火箭发动机中提高涡轮泵性能的关键部件,它可以在局部发生汽蚀的情况下工作,但是汽蚀所诱发的各种非定常不稳定现象会影响火箭发动机涡轮泵的性能、稳定性和寿命.本文利用基于Rayleigh-Plesset方程的混合流体模型,对诱导轮二维叶栅中的汽蚀不稳定现象进行了数值分析.结果表明,在一定汽蚀数范围内诱导轮容易...     

液氧／煤油发动机煤油预压涡轮泵技术

液氧／煤油发动机采用独立的预压涡轮泵装置可减小推进剂组元贮箱的增压和提高主泵的转速,从而提高主泵的效率并降低其结构质量。以煤油预压涡轮泵为例,阐述了预压泵结构特点、轴承冷却系统及轴向力平衡装置。为提高预压泵的抗汽蚀性能和扬程．提出了变螺距变轮毂诱导轮方案,分析了流量系数、螺距及轮毂形状,并对诱导轮内流场进行了数值模拟,获得了其内部流场结构。水力试验结果表明,煤油预压泵性能稳定．在预压泵额定流量下,可使煤油主泵的入口压力提高约0．4MPa,与设计值相符。     

三种空化模型在氧泵诱导轮中的计算分析

为探索不同空化模型对氧泵诱导轮的适应性,选取Schnerr&Sauer,Zwart及Singhal三种空化模型对氧泵诱导轮进行数值模拟,将三种不同流量系数(ψ=0.9,ψ=1.0及ψ=1.1)下每个计算结果与实验数据进行对比,发现Schnerr&Sauer和Zwart两种模型预测空化外特性变化趋势更加接近实验值,其中Schnerr&Sauer模型在空化发生段的计算结果与实验结果吻合较好.Schnerr&Sauer和Zwart两种模型在ψ=1.0的临界空化数与实验值误差为2.9％,在ψ=1.1的临界空化数与实验值误差为8.7％,Singhal模型计算结果偏差较大.三种空化模型在计算叶片压力分布上比较相近,在计算叶栅及流道气泡数分布上,由于Schnerr&Sauer和Zwart模型都考虑了气泡数密度的影响,而Singhal模型仅考虑了气泡运动,计算的气泡分布较低;综合考虑外特性及内流场计算结果,Schnerr&Sauer更适应于诱导轮空化计算.     

缝隙诱导轮多工况汽蚀性能研究

针对某流量工况变比20的高速离心泵,为提升其变工况抗汽蚀性能,提出了缝隙诱导轮方案。分别进行了常规变螺距诱导轮和缝隙诱导轮泵汽蚀仿真计算和水力性能试验,分析了多工况泵的汽蚀断裂特性和汽蚀气泡分布等流场特征,获得了两种诱导轮泵多工况汽蚀性能和外特性。结果表明,与常规诱导轮相比,缝隙诱导轮拓宽了高速离心泵稳定工作工况范围,小流量工况泵的抗汽蚀性能明显提升,额定工况汽蚀性能相当;缝隙诱导轮小流量工况效率略有提升,大流量工况泵效率和扬程均有降低。     

关键间隙对泵性能影响的研究

在泵的设计中,间隙的尺寸控制向来都是一个难题,过大会损害泵的性能,过小则有发生碰磨的可能。针对关键间隙对泵性能影响的问题,利用ANSYS CFX软件,采用高精度六面体网格,应用SST、湍流模型和Rayleigh-Plesset汽蚀模型,对具有不同间隙的某型氧化剂泵进行了流场仿真,获得了间隙对泵水力性能和抗汽蚀性能的影响规律,并且从压力分布、气相份额分布和速度场等方面分析了产生这种影响的原因。结果表明:浮动环间隙越小,泵效率越高;诱导轮叶顶间隙越小,泵的抗汽蚀性能越高。泵的抗汽蚀性能随诱导轮叶顶间隙减小而提高的原因在于:叶顶回流强度减弱导致能量损失减少,离心轮入口静压升高。     

基于热力学效应修正的诱导轮空化模型研究

液体火箭发动机的诱导轮抽吸性能受到工质热力学效应的影响,低温工质的热力学效应对诱导轮空化工况下的工作性能影响尤为显著。由于热力学效应对气泡的增长有抑制作用,低温工质的热力学效应能改善诱导轮在空化工况下的工作特性,但目前国内对此问题的认识依然只停留在定性的层面。为了更准确地理解诱导轮在低温工质中的工作特性,必须定量地考虑这种由热力学效应所导致的影响。在Rayleigh-Plesset方程的基础上推导出了一种基于热力学效应修正的空化模型,并将此模型编译成程序模块应用于液体火箭发动机氧泵诱导轮的数值计算。对数值计算结果进行定量的后处理分析,并与发动机空化工况下的热试车数据进行对比验证了模型的准确性。     

基于CFD的某运载火箭发动机燃料泵故障诊断分析

对某运载火箭燃料泵后压力异常故障进行诊断分析。采用混合两相流模型、气蚀模型、多参考系模型对燃料离心泵内流场和气蚀过程进行三维数值仿真,给出了燃料泵正常、无导流套和不同尺寸多余物工况的流动特性,分析了不同工况的出口压力、流量、气蚀发生位置和空间分布。分析结果表明:燃料泵无导流套对出口压力影响较小;多余物进入诱导轮内会产生严重气蚀,同时出口压力和流量均显著下降,并随多余物尺寸增大而加剧。诊断结果对认识高速离心泵内燃料流动,分析多余物引起的故障,预测并克服气蚀发生有一定的参考价值。     

轮毂形状对诱导轮性能的影响

在离心泵前加置诱导轮是保证离心泵获取优越汽蚀性能的关键途径。针对某型号液体火箭发动机诱导轮,采用CFD技术研究了轮毂型线形状对诱导轮汽蚀性能和扬程的影响。结果表明,在具有相同入口流动状态条件下,改变诱导轮轮毂型线形状可使诱导轮产生不同扬程。     

高速复合叶轮离心泵多相位定常流动数值模拟

对一高速复合叶轮离心泵在设计工况进行了多相位定常流动数值模拟,分析了由于叶轮与蜗壳相对位置的变化引起的离心泵的速度场、压力场、扬程系数和效率的变化规律。计算表明,高速复合叶轮离心泵内流场非常复杂,叶轮流道在不同位置的流动情况差别较大,而扬程系数呈周期性变化。该计算为进一步提高高速复合叶轮离心泵的性能、减少水力损失提供了一定的理论依据。     

液体火箭发动机用超低比转速离心泵优化设计

在采用加大流量法等优化措施的同时,运用FLUENT流体计算软件及GAMBIT前处理软件,采用三维K-ε双模型方程对泵内部流场进行模拟仿真,再从优化泵内流动特性的角度出发,确定合理的优化措施,设计了一台高扬程、高转速、高效率、能在大流量范围稳定工作的液体火箭发动机用超低比转速离心泵。对比试验验证表明,这种结合内流场特性的...     

高速平板诱导轮的结构设计与分析

诱导轮是液体火箭发动机（LPRE）中重要的组成部分,它能有效地提高主泵的抽吸性能。首先介绍了LPRE诱导轮的几种典型结构型式,然后阐述了LPRE诱导轮的基本概念和设计原理,进一步推荐和分析了高速平板诱导轮几个重要结构参数的设计准则,最后按照设计方法设计了用于某液体火箭发动机的一台高速诱导轮,CFD计算表明它具有较好的扬程性能和抗汽蚀特性。     

液体火箭发动机超低比转速离心泵优化设计

选择液体火箭发动机用高速超低比转速离心泵作为研究对象,运用FLUENT流体计算软件及GAMBIT前处理软件,采用三维k-ε双模型方程对其内部流场进行计算,从优化泵内流动特性的角度出发,优化设计了一台高扬程、高效率、能在大流量范围稳定工作的超低比转速离心泵.仿真结果表明,这种结合内流场特性的优化设计是可行的,而且是快速高效的.     

超低比转速离心泵内流场计算及分析

运用FLUENT流体计算软件及GAMBIT前处理软件,采用三维k-ε双模型方程计算了一台高速超低比转速离心泵的内部流场。计算区域为从诱导轮进口到蜗壳出口的整个流场,通过计算得到了泵内流场的流动规律,并结合传统的泵水力估算方法,估算了泵的扬程、轴功率及效率,最后对该高速超低比转速离心泵进行了水力验证试验。验证结果表明所采用的计算方法可行。     

半开式离心泵叶顶间隙对泵性能稳定性的影响

为提高火箭发动机涡轮泵性能稳定性,应用边界层理论进行了半开式离心泵叶顶间隙流动特性研究,利用边界层动量积分方程对叶顶间隙内边界层厚度进行求解,并开展了不同叶顶间隙泵性能试验及流场数值模拟研究.结果表明,当叶顶间隙值等于间隙内边界层厚度值时,间隙泄漏涡不再增强,可获得稳定的泵性能;当叶顶间隙过大,会使泵容积效率降低,导致泵性能急剧下降.该理论方法可作为设计过程确定半开式离心泵叶顶间隙的重要参考.