新Omega涡识别法在液体火箭发动机涡轮氧泵中的应用

离心泵中流动不稳定现象与流场中旋涡的形成及演化过程密切相关。为解决传统涡识别法在高速离心泵流场涡结构捕捉方面的缺陷,引入新Omega涡识别法,对液体火箭发动机涡轮氧泵流场中的涡结构进行了分析。确定了新Omega涡识别法在高速离心泵流场涡结构捕捉方面的优势,利用该方法对涡轮氧泵中离心轮与扩压器之间的动静干涉机理进行了阐释。结果表明:对于高速离心泵,传统Q准则以及λ2准则涡识别法错误地将壁面强剪切层识别为旋涡,而新Omega涡识别方法能够有效滤除流场中非旋转涡量部分,较好地捕捉流场中涡结构,可作为高速离心泵流场涡结构识别的首选方法。通过离心轮与扩压器动静干涉区域旋涡演化过程分析可知,涡轮氧泵离心轮与扩压器之间的动静干涉效应主要源自于扩压器叶片压力面上的周期性涡脱落现象。     

长中短叶片离心叶轮内部流动的数值模拟

1引言随着宇航技术的飞速发展,液体火箭发动机的燃料剂和氧化剂离心泵向高压、高速、高效化发展。为了减轻泵的重量,使结构紧凑,提高泵的功率密度,离心泵的单级扬程和转速要高,因此其比转速较低。但比转速较低的离心泵效率也较低,而且很容易出现小流量工作不稳定性。因此设计具     

一体式诱导轮与叶轮航空离心泵汽蚀特性研究

为研究一体式诱导轮与叶轮航空燃油离心泵的汽蚀特性,对该型离心泵进行了汽蚀特性研究。首先在泵的设计中进行了汽蚀特性理论计算;进而通过CFD软件Pumplinx对该型号泵进行了汽蚀性能数值模拟,研究了最差汽蚀工况下的汽蚀特性;然后针对不同汽蚀余量值给出离心泵不同状态下的气液两相分布;最后对离心泵的流量-临界汽蚀余量曲线进行预测,并与理论计算值、试验数据进行对比。研究表明,当进口压力为0.013177MPa时,一体式诱导轮与叶轮航空燃油离心泵产生临界汽蚀状态,小于技术要求最小进口压力0.0325MPa,因此该泵在其工作范围内不会产生汽蚀现象。不同流量下离心泵理论计算与数值模拟的汽蚀特性曲线与试验数据吻合,满足高汽蚀特性需求。     

小流量高速离心泵的一种优化方法

建立了小流量高速离心泵机组的性能预测模型 ,分析了轮盘直径和辅助系统出口压力对小流量高速离心泵系统效率的影响 ,并以其为设计变量 ,建立了以泵机组的效率作为目标值的优化设计方法 ,在此基础上对一小流量高速离心泵进行了优化设计 ,效果显著。本文所采用的设计方法对小流量高速离心泵的应用与发展有重要工程意义。     

考虑叶轮流动滑移的离心泵盘腔流动模型

为研究离心泵盘腔内外特性，将离心泵盘腔三维流动简化为动静腔一维流动，基于动量守恒方程和径向连续方程，构建了动静腔流动微分方程；积分该方程并应用到盘腔中，引入密封件阻力系数，考虑叶轮流动滑移，修正泵势扬程公式，建立了离心泵叶轮-盘腔-密封环-平衡孔回路的自封闭流动模型。提出了内外迭代相结合的求解方法，实现了离心泵盘腔流动快速计算。通过与盘腔压力测量结果对比表明：使用Stodola叶轮流动滑移系数的盘腔流动模型比使用Wiesner叶轮流动滑移系数的盘腔流动模型的计算精度提高了约3.5%。盘腔流动模型结果表明：泵工况从小流量调节至大流量，容积效率逐渐提高，盖板推力略微逐渐增大。该方法及结论为离心泵盘腔内外特性计算提供参考。     

某低比转速直叶片离心泵三维流动数值分析

以某低比转速航空燃油离心泵为研究对象,运用三维数值仿真手段获取了该离心泵特性及不同工况时的流动细节,分析了该泵存在的主要问题。研究结果表明:(1)该泵效率随着流量的增加呈上升趋势,扬程随着流量的增加呈现先上升后降低减小趋势,拐点出现在流量大约为24000L/h的工况;(2)该离心泵效率较低,在不考虑泄露损失时最高效率仅为54.29%,常用工况下其效率并不在泵性能的最高点;(3)在靠近蜗舌附近的叶轮出口端存在低压区,有汽蚀现象。研究结果为进一步提高该离心泵的性能以及稳定工作提供了参考。     

基于Kriging的燃油离心泵智能优化设计方法研究

为了快速化、智能化地实现燃油离心泵设计,提出一种改善期望准则下的Kriging智能优化方法。对离心泵的性能参数、轴面投影控制参数等进行分析,确定优化变量及优化目标。利用Python脚本调用实现对离心泵一维设计、三维建模、内流场仿真及智能优化设计等联合参数化仿真,完成叶轮型线实时修改及效率全局优化。其中,重点给出Kriging建模及遗传算法优化加点相结合的智能优化方法。算例验证表明：相比多项式响应面及径向基函数,所提出的优化方法对常规数学算例具有更好的效果;同时,仿真预测的优化泵效率为82.52%,与优化方法理论计算的效率（82.56%）高度一致,表明该方法能够实现离心泵的优化设计。此外,对比了优化前后离心泵的性能,在相同流量工况下优化泵的扬程和效率均高于原型泵,小流量工况的效率提高幅度较小,设计流量工况最大,提高了2.65%。且优化泵内部流动更为均匀,不利流动得到了一定改善。     

离心泵的瞬变过程性能研究

本文介绍了离心泵在纯液相流瞬变工况的性能研究的一些进展.特别注意了泵在气-液两相流瞬变工况的机理分析.介绍了航天部31所对于冲压发动机供油系统涡轮泵流体瞬变过程的研究成果.研究表明,离心泵的瞬变性能是其重要的特性之一;不能离开泵所在系统来讨论其瞬变性能;在非定常流中,区分“瞬变过程”与“缓变过程”,有十分重要的理论与实践意义.     

带引射器的多级导流叶轮航空燃油离心泵数值模拟

以带引射器的多级导流叶轮航空燃油离心泵为研究对象,开展了该型离心泵性能数值模拟研究.通过数值模拟结果与试验数据的对比,验证了基于Pumplinx下该型离心泵性能仿真的正确性;通过分析离心泵轴向与径向中间截面的压力分布研究内流场特性,并在该泵最差气蚀工况下的分析了气蚀特性,给出完全气蚀状态下的气液两相分布以及预测了离心泵的Δh-H特性曲线.研究表明:带引射器的多级导流叶轮航空燃油离心泵数值模拟的扬程效率以及气蚀特性曲线与试验数据吻合.在小流量工作范围下内流场压力分布均匀稳定,增压效果明显;当进口压力为0.018MPa时产生完全气蚀状态,小于技术要求最小进口压力0.027MPa,因此该泵的工作要求范围下不会产生气蚀现象.      

高压比离心压气机二次流旋涡结构研究

为揭示高压比离心压气机的流动特性,采用数值方法对高压比离心压气机的旋涡结构和流动损失的产生及演变规律进行了研究。根据不同类型旋涡的具体特征,给出了分别适用于受迫涡和自由涡的二次流识别方法,包括截面旋线法和拟定主流的截面流线法。应用给出的二次流识别方法并结合耗散函数,探讨了压气机内旋涡的形成机理以及旋涡与损失的关联性。研究表明:当涡量与截面法矢量夹角的余弦值大于零时,旋线方向与实际气流方向定性一致,否则相反;旋线显示的涡轴方向与截面法矢量夹角大于90°时,识别出的旋涡不存在;刮削涡和泄漏涡既是低能流体的聚集区也是能量的耗散区,是影响离心压气机损失产生及分布的关键因素;诱导轮尾迹会抑制导风轮流道内叶表通道涡的形成。     

航空发动机滑油泵高空性分析

从流体力学角度,对滑油泵的高空性进行了系统的理论分析:阐述了其产生原理,推导了各种影响因素之间的关系式,得出了如下结论:泵前总阻力系数、滑油密度、油泵设计流量越小,入口管径越大,越有利于保持泵的高空性;而对于转子泵,内齿轮1齿扫过的面积越小,内齿轮齿数越少,内齿轮转速越低,转子宽度越小,越有利于保持高空性;对于齿轮泵,模数和齿数越少,转速越低,转子宽度越小,越有利于保持高空性。反之,则不能保持高空性。     

环形腔室径向宽度对加力燃油泵内流及性能影响

对某加力燃油泵内部非定常流动开展了系统的数值模拟,研究了不同环形腔室径向宽度条件下泵的外特性和内流特征.计算结果表明,缩小径向宽度可有效提高泵在不同流量下的扬程,且小流量工况增幅显著高于大流量,明显改善了小流量工作的不稳定性.对于大流量工况,环形腔室截面变小导致腔室内循环流量降低、沿程损失明显减小,是泵出口扬程提高的主要因素;而对于小流量工况,环形腔室截面变小使得扩散管主流贴近环形腔室,显著降低了叶轮流道扬程损失,有效提升了泵出口扬程.      

液氧煤油补燃发动机起动过程氧预压泵加速起旋方案研究

为降低液氧煤油补燃发动机起动所需入口压力,需解决起动过程氧预压泵起旋迟缓产生附加阻力导致主泵入口压力过低而发生断裂汽蚀的问题。开展了两种预压泵加速起旋方案研究,分别为已工程应用的液氧涡轮方案和本文提出的氦起动涡轮方案。对比介绍了两种方案对发动机气液系统和预压泵结构的影响。建立了预压泵加速起旋相关的数学模型,针对加速起旋机理、效果和影响因素等进行了仿真分析。结果表明:液氧涡轮方案,预压泵结构变化较小,为提升加速起旋效果,涡轮供应路应尽量增大通径、缩短长度,降低动态流阻和静态流阻,涡轮喷嘴流通面积则需根据其对涡轮流量和压降的综合影响来选择。氦起动涡轮方案,预压泵结构和流路变化较大,起动涡轮速比和效率是降低氦气用量的限制性因素。     

叶轮流速系数对泵正反转性能参数比的影响

为研究叶轮流速系数对离心泵反转作液力透平(PAT)泵工况和透平工况水力性能参数比的影响,采用renormalization group(RNG) k-ε湍流模型,通过计算流体动力学软件CFX计算了比转速为23~225的20个PAT叶轮单流道模型的流速系数,揭示了泵工况和透平工况流速系数的分布规律,建立了考虑流速系数的PAT泵工况与透平工况扬程比和流量比。结果表明:PAT透平工况叶轮流速系数大于泵工况。通过对不同比转速的6台工业PAT的外特性实验表明:与Stepanoff等提出的方法相比,考虑流速系数时PAT水力性能参数比与实验结果最为接近,其扬程比平均误差为5.38%,流量比平均误差为5.16%。该成果为PAT的选型设计和性能预测提供理论支撑。      

汽心泵特性研究

 通过理论分析和试验,导出汽心泵稳定工作的基本方程和性能参数之间的函数关系;分析了当转速、压力、流量和负载系数变化时,汽心对泵特性所起的调节作用;提出决定相对汽心直径的特征参数p_2/n~2D_2~2;还讨论了汽心泵的极限工作状态和最大流量调节范围。     

某高低压泵组件运转后扫膛问题的分析

分析了某高低压泵组件装配运转过程中的一般技术问题基础方法,详细分析了高低压泵组件运转后壳体八字孔扫膛的问题,为提高该类产品的运转合格率提供了分析研究方向。     

某型直升机液压泵特性试验测试系统

液压泵特性试验对测试响应时间要求很高,因此建立一种合理的测试系统是非常重要的.本文从泵的特性测试着手,重点阐述了泵特性试验中主要测量参数压力、流量的测试方法并建立了一种以DP440动态信号分析仪为核心的自动测试系统.     

柱塞泵热力学建模与仿真

针对航空行业广泛应用的柱塞泵的热力学特性,提出了一种分析和建模的方法.应用能量守恒定律推导并建立了集中参数的航空柱塞泵的热力学模型,并针对柱塞泵的内部结构进行了较详细的传热分析.将此建模和分析的方法应用于包含航空柱塞泵的一个典型液压回路.通过对航空柱塞泵的热力学实验与仿真结果的比较证明了建模方法的有效性.     

混流式水泵工况起动过渡过程导叶漏水的计算

本文利用动量矩定理推导出抽水蓄能电站水泵轮机导叶漏水量与漏水转矩的计算公式。同时在考虑漏水转矩的情况下,完成了两座抽水蓄能电站混流式水泵机组泵工况起动过渡过程的校核计算,分析了导叶间隙、漏水量等对起动过程的重要影响,过大的导叶间隙将使机组不能起动。计算分析表明,本文提出的考虑导叶间隙漏水影响进行泵工况起动过渡过程的计算方法是正确的。正确考虑漏水转矩影响,对水泵水轮机的运行特性和过滤过程的准确计算具     

汽车单叶片真空泵设计中的最优椭圆曲线

单叶片真空泵的设计主要是确定泵体内腔曲面,使同时作旋转运动和径向滑动的叶片的圆柱形端面和它保持相切。泵体内腔曲面的投影必须是一条封闭的光滑曲线。设计时,这条光滑曲线的一部分通常被提前选定,而剩余部分则根据几何约束产生。尽管一般的椭圆曲线可以满足参考曲线和生成曲线在连接点一阶可导,但在连接点通常是二阶不连续的。将找出一条最优的椭圆参考曲线,使得泵腔形线在连接点处不仅是一阶连续的而且是二阶连续的。这将使得泵的运转更加平稳并减小由于叶片径向加速度不连续产生的振动和噪声。