诱导轮对高速离心泵性能的影响分析

基于Navier-Stokes方程组和标准κ-ε湍流模型,对高速离心泵不同工况下进行了全流道数值模拟.为了验证诱导轮对高速泵性能的影响,设计两个不同的模型进行模拟,分析了泵内的压力场和速度场的变化规律,并预测出其性能曲线.分析表明,在相同流量下,诱导轮使高速泵具有更好的流动特性,可以提高泵扬程、效率.采用数值计算方法可...     

低比转速高速泵螺壳形式对性能影响分析

利用流体计算软件CFX,分别对低比转速蜗壳与环形流道离心泵的流场进行了不同工况下三维定常湍流数值模拟,并进行了试验验证。水力性能计算结果与试验偏差小,数值仿真方法是合理有效的。通过对2种泵内部流场特性的比较分析,得到了其流动机理,蜗壳流道离心泵的蜗壳出口流道对应流体的撞击所产生的回流与漩涡明显,压力与相对速度分布与其他流道差别较大,是水力损失的主要原因;2种离心泵在距离入口较远处的叶片压力与相对速度分布基本一致。最后通过对蜗壳流道离心泵取不同的喉部面积在设计工况下进行数值模拟,进行了优化设计。结果表明:当喉部面积为蜗壳第八断面的1.1倍时,泵性能最佳。     

泵-管路系统的汽蚀自激振荡特性分析

在带诱导轮离心泵试验中,当泵流量很小时,泵进出口压力均出现了幅值未发生衰减的低频振荡,这与高速离心泵的频率特征形成对比,表明泵-管路系统内发生了自激振荡。泵在小流量下工作时,会出现与主流区强烈作用的回流区,该反向回流在诱导轮叶片工作面上形成漩涡并随诱导轮一起旋转,引起主流液体的静压降低及空泡体积的周期性变化,由此产生了汽蚀自激振荡。利用空泡动力学模型对低频汽蚀自激振荡特性进行计算,得到了带诱导轮离心泵-管路系统的振荡频率、进口压力及流量的动态特性、流量-进口压力极限环等。结果表明,计算的汽蚀自激振荡特性与试验值接近,汽蚀自激振荡数学模型合理可行;泵转速及进口管长度越小,泵进口压力和流量越大,汽蚀自激振荡的频率就越大。     

变螺距诱导轮的气蚀性能研究

为了研究变螺距诱导轮的气蚀性能,通过试验观察了变螺距诱导轮的气蚀发展变化情况,分析了其内部的压力脉动现象。结果表明:诱导轮内的气穴随着入口压力降低,会呈现不同的气穴形态;气穴发展受流量影响,流量越大,气穴发展速度越快;诱导轮内发生了同步旋转气蚀,同步旋转气蚀也受流量影响,流量越大,同步旋转气蚀越强。     

冲压空气涡轮泵供应系统方案设计及特性分析

为了把冲压空气为动力的涡轮泵供应系统从亚燃冲压发动机拓展应用至超燃冲压发动机,基于煤油燃料的双燃烧室冲压发动机(DCR)提出了一种冲压空气涡轮泵供应系统方案。供应系统的设计方案中,对涡轮泵选型、系统的调控策略及取气/排气方案进行了初步设计。同时,建立了供应系统的静态模型,通过系统压力、流量及功率平衡组成非线性方程组,使用牛顿迭代法对非线性方程组进行数值求解,得到了冲压空气涡轮泵供应系统在不同工况下的静态特性。最后,分析了飞行Ma范围在3.5~5.5下涡轮泵的性能和调节的变化规律。结果表明,涡轮所需的空气流量约占DCR发动机捕获空气总流量的3%,取气方案对发动机气动性能影响不大;离心泵的特性参数相对稳定,可以一直处于高效率工况下工作,但系统对增压后的燃料利用不足,造成涡轮功率利用率较低。     

助推分离对氧泵工作特性影响的模拟试验

为了研究火箭助推分离过程中,芯级液体火箭发动机氧泵入口压力快速下降对氧泵的工作特性和发动机工作性能的影响,在氢氧火箭发动机整机试车中,通过控制氧泵入口压力的方式,使氧泵逐步进入气蚀状态,开展了发动机整机状态下的氧泵气蚀研究试验,获得了氧泵气蚀状态下氧泵参数变化情况,考核了发动机经过短暂气蚀的工作特性。试验结果表明,转速升高约1 800 r/min的气蚀程度,会造成氧泵流量下降7.14%,氧泵效率下降11.82%,氧泵轴向振动幅值增大约90%。氧泵在经历时间约7 s的短暂气蚀状态后,氧泵性能无明显变化,不影响发动机工作性能。     

涡轮泵超低工况性能研究

对于泵压式变推力发动机和先进的冲压发动机,需要涡轮泵变工况工作,涡轮泵变工况性能是该类发动机研究的一个重点。结合上面级验证性发动机试车,对游机涡轮泵变工况的性能和稳定性进行分析研究。通过泵全流量特性试验和汽蚀试验,得出泵能够在额定流量点25%处稳定工作的结论。对涡轮工况变化后的燃气参数、入口压力、出口压力及效率进行分析,认为涡轮也能够稳定工作。给出了游机涡轮泵可以参加验证性试车的结论,并得到了发动机试车的验证。     

螺旋离心泵的外特性试验与流场数值分析

以150×100LN-32型螺旋离心泵为研究对象,通过试验研究了此泵的外特性,并得出了一些结论。采用CFD软件Fluent,选用标准k-ε模型,计算了该泵的三维内部流场。通过对该泵内部流动速度、压力分布与捕捉到的流动冲击、二次流、回流等重要现象的分析,给该泵的性能改善与改进提供可靠的信息。通过分析,提出了在设计螺旋离心泵时的一些改进措施。     

环形引射器两相流动数值模拟

蒸汽引射器是上面级火箭发动机进行高空模拟试验时获得真空的重要设备。采用数值模拟方法,通过Fluent对氢氧火箭发动机高空模拟试验用环形蒸汽引射器内部流场进行了研究,分析水蒸气两相流动及不同的入口工况和结构尺寸对极限真空压力的影响。考虑水蒸气的两相流动,在数值模拟中加入了水蒸气的凝结相变模型,并通过试验数据开展了模型验证,验证结果为:加入相变模型后极限真空压力降低,仿真结果更接近试验数据。在此基础上,研究了喷嘴入口工况和引射器结构尺寸对极限真空压力的影响,仿真结果表明:在引射器能够启动的条件下,降低蒸汽入口总压或提高入口总温,减小喷嘴出口壁厚或增大混合室直径,均能降低引射器的极限真空压力。因此,若想提高引射器真空度,可以通过改变入口工况或调整引射器结构尺寸来实现。     

某膨胀循环发动机推力室冷却结构流场仿真分析

为了研究某膨胀循环氢氧发动机推力室冷却结构流场分布特性,进行了单根冷却通道和完整冷却通道结构的三维CFD分析。仿真计算过程中,以单根通道模型的仿真结果作为完整通道结构模型流场仿真分析的边界条件之一,并考虑了材料物性参数随温度或压力的变化。分析结果表明:1)仿真预测的温升、压降与热试验实测值吻合,该推力室冷却通道流量相对偏差范围为-4.8%~6.6%,由此造成喉部气壁温的环向偏差为33 K;2)集合器管内流体的环向流动压差、法兰起分流或汇聚作用时拐弯效应形成的压力波动是造成冷却通道流量不均匀分布的主要原因,出口集合器内的压力分布对通道流量分布起主要作用;3)提高通道流量均匀性的措施可以从增大出口集合器管径或采用变管径设计、采用扩口型法兰并设置弧形导流片、集合器的进、出口法兰布置在同一环向位置等方面进行考虑。     

液体火箭发动机泵的POGO气蚀动特性试验研究

为获取液体火箭发动机泵的POGO动特性参数,围绕泵的气蚀动特性开展了一系列试验研究。首先描述了试验系统,阐述了试验原理;其次,以泵入口0.5 MPa工况为例,介绍了试验数据的分析过程;最后,结合试验数据给出了气蚀柔度、动态增益等动特性参数的试验结果。结果表明,在泵入口压力0.25～0.86 MPa范围内,无量纲气蚀柔度约为0.6～2,动态增益主要集中在2～5,最高达到13。     

面积比对变工况泵性能稳定性影响的研究

对不同面积比下某型变工况低比转速燃料泵的特性及稳定性进行了研究,发现减小面积比,泵水力损失相对较小,扬程特性曲线在大流量点趋于平坦;增大面积比,水力损失相对增大,扬程特性曲线在大流量点趋于陡峭.不同面积比下的泵稳定性研究表明,低工况下泵流量小,比转数低,泵稳定工作特别要使用大的面积比,泵效率会相比降低;高工况下泵流量大,比转数较高,泵稳定工作区域较宽,小的面积比可使泵扬程和效率值提高.     

试验系统夹气对离心泵性能测量的影响分析

针对试验系统夹气所产生的破坏,需要研究试验系统夹气对离心泵性能测量的影响,分别从扬程、效率、功率及汽蚀余量公式对离心泵性能的影响因素进行研究,根据理论公式和试验系统夹气带来的密度、流量等变化分析了夹气对离心泵测量性能的影响。在试验系统夹气情况下对流量计位于泵和调节阀之间与泵出口调节阀之后的影响进行了分析。试验结果表明,试验系统夹气会造成测量的离心泵扬程(用压力表示的扬程)和效率提高、功率降低、汽蚀余量增大;流量计位于离心泵和调节阀之间,试验系统夹气时,测量的扬程(用压力表示的扬程)、效率和功率都接近未夹气时的结果;流量计位于调节阀之后,试验系统夹气时测量的离心泵扬程(用压力表示的扬程)和效率都高于未夹气时的结果,功率降低。由于流量计位置对测量的影响,在设计试验系统时尽可能把流量计设置在离心泵与调节阀之间。     

膨胀循环液体火箭发动机推力调节阀仿真研究

根据某膨胀循环液体火箭发动机推力调节阀的结构及工作原理,通过理论分析建立了推力调节阀的数学模型,并利用AMEsim软件构建了推力调节阀的仿真计算模型,对其进行了仿真计算.计算了发动机额定工况、高工况和低工况参数下推力调节阀内部各压力及流量参数,并对推力室室压、调节阀出口压力和氢主文氏管入口压力变化引起的调节阀主阀流量变化趋势进行了计算分析,得到了调节阀内部各压力参数及流量的变化规律.     

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。     

液体火箭上面级发动机用超低比转数泵研究

为了研制出液体火箭上面级发动机用高性能超低比转数离心泵,采用变曲率复合离心轮、加大流量法等设计措施,设计了比转数分别为24和33的两种高速小流量高扬程离心泵,并应用Fluent流体计算软件对其内流场进行了分析计算。所设计的泵已参加了相关试验,试验结果表明泵性能稳定,扬程曲线无“驼峰”,功率无过载,达到了设计目的。     

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...     

三叶片两级诱导轮的气蚀性能研究

为了研究三叶片两级诱导轮的气蚀性能,通过试验获取了诱导轮的水力性能和气蚀性能曲线,观察了两级诱导轮的气蚀发展变化情况,分析了其内部的压力脉动现象,并与单级诱导轮进行了对比。结果表明:两级诱导轮能减小初生气蚀数,降低同步旋转气蚀的强度,但在1. 1 Qd和设计流量Qd工况下,两级诱导轮发生了频率为21 Hz的径向不稳定现象。     

喷管尺寸对电弧风洞流场和热环境的影响分析

为获得电弧风洞喷管尺寸对试验流场以及模型表面热流的影响规律，针对某特定模拟参数试验状态，采用高焓流动数值模拟方法对不同尺寸锥形喷管下的球柱校核模型试验流场进行了模拟和比较分析。研究发现，在模拟气流焓值和模型驻点热流的条件下，采用出口尺寸小的喷管所需电弧加热功率更低，同时单位流向截面上气流能量转化为模型驻点气动热的比例更低。不同喷管出口尺寸下，试验流场喷管出口区域热力学非平衡程度、波后氧原子质量分数、模型驻点区域压力以及表面传导热流和扩散热流占比都比较接近，但相较飞行状态存在明显差异；不同喷管出口尺寸下来流速度、激波脱体距离以及驻点线上平动温度之间的差异明显，喷管出口尺寸越大，其与飞行状态越接近。     

液氢加注系统的非稳态过程数值计算

基于气液两相流动的均相模型对液氢加注系统的非稳态过程进行了数值计算，控制方程采用均相流模型方程组，考虑了周围环境的热量传递。采用控制容积法建立离散方程的隐式差分格式。针对低温液氢不同的入口压力、出口压力、入口温度等工况进行了计算，分析讨论水平管路中低温液氢填充过程时压力、温度、流量、含气率在空间及时间上的变化。计算结果表明在管路填充的临近入口点压力、流量随时间脉动的幅值最大，甚至比入口的压力高1．5-2倍。为了提高低温介质的通过率，减小低温介质的气化率，应尽量提高低温介质的入口压力、减小出口压力、降低入口温度和管壁温度，并尽可能增强管壁的绝热保护措施。