本文關(guān)鍵詞：液氧渦輪泵軸向力計算及空化流場分析

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【摘要】：渦輪泵通過其高速運轉(zhuǎn)為航天發(fā)動機提供源源不斷的動力,是航天發(fā)動機的核心動力裝置。在渦輪泵的高速運轉(zhuǎn)中,泵轉(zhuǎn)軸受到很大的軸向力,威脅泵的安全運行。同時,由于泵內(nèi)工質(zhì)的低溫特性及泵的高速運轉(zhuǎn),泵內(nèi)空化引起的流場特性對泵的安全運行也至關(guān)重要。本文針對某型液氧渦輪泵的平衡活塞軸向間隙變化對軸向力影響的問題進行數(shù)值仿真研究,從結(jié)構(gòu)變化引起的流場因素方面分析軸向力變化的機理原因,并說明軸向間隙變化對軸向力的影響規(guī)律。在空化初步分析中,對比不同空化工況,初步探究空化現(xiàn)象對液氧泵內(nèi)在流場因素和外在泵特性因素的影響。本文的研究內(nèi)容主要包括:(1)采用CFX商業(yè)軟件提供的SST湍流模型仿真計算平衡活塞固定軸向間隙下不同流量工況時泵的流場狀態(tài),對比分析軸向力隨流量變化的變化規(guī)律,并探究影響軸向力變化的流場內(nèi)在因素,如速度矢量、壓力分布等因素。(2)計算平衡活塞不同軸向力間隙時各流量工況下所受軸向力,對比分析結(jié)構(gòu)變化引起的軸向力特點,并從流場的速度矢量、壓力分布及渦量場等角度分析平衡活塞的工作機理,說明軸向間隙變化對軸向力的影響規(guī)律,為軸向力估算提供指導(dǎo)。(3)利用Zwart-Gerber-Belamri空化模型模擬泵內(nèi)空化流并對比不同空化數(shù)σ工況下空化場非穩(wěn)態(tài)計算結(jié)果。從流場中的空化區(qū)域分布、葉片沖角及瞬態(tài)渦結(jié)構(gòu)分布等角度對比分析空化現(xiàn)象對流場的影響。研究結(jié)果表明,當(dāng)浮動轉(zhuǎn)輪向兩側(cè)串動時,后蓋板外壁面(平衡腔壁面)受到的軸向力對泵的總軸向力的大小和方向起著主導(dǎo)作用。在Δ-0.3mm結(jié)構(gòu)時,平衡活塞的高壓間隙變小,低壓間隙變大,平衡腔內(nèi)壓力量級整體變小,合軸向力主要指向遠離泵入口方向,并隨著流量增加其絕對值先逐漸增加后平穩(wěn);在Δ+0.3mm結(jié)構(gòu)時,高壓間隙邊大,低壓間隙變小,腔內(nèi)壓力量級整體變大,合軸向力反向指向泵入口方向,由此合力方向的變化來實現(xiàn)軸向力自動平衡。空化流分析結(jié)果表明,空化區(qū)域首先在誘導(dǎo)輪和離心輪頭部吸力面處產(chǎn)生,隨著空化程度加重吸水室內(nèi)出現(xiàn)空化并逐漸擴大。對于轉(zhuǎn)輪葉片沖角而言,空化能夠緩和來流沖擊,有利于入口流動。分析流場渦結(jié)構(gòu)分布,表明空化引起強烈的流場旋渦,該旋渦耗散是空化影響泵做功特性的因素之一。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：V432
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本文編號：1202761