论文部分内容阅读
近年来,航空航天技术的快速发展促使着液体火箭发动机领域科技的飞速提升。液氧涡轮泵作为液体火箭发动机的核心部件,其安全性和可靠性尤为重要。在液氧涡轮泵的实际工作情况下,转子在前后盖板之间存在轴向移动,同时在高速运转中也存在径向振动,液氧涡轮泵前后盖板间隙对其运转起到了不可忽视的作用。本文以液氧涡轮泵为研究对象,探究在不同轴向、径向间隙变化的情况下液氧涡轮泵内流场的变化情况,揭示其影响因素和作用机理。本文对下述几个方面进行了深入的探究:（1）利用商业软件CFX,选取SST湍流模型对基础间隙结构下从小到大涵盖各流量工况的7个不同工况点进行数值模拟计算,并对计算所得的涡轮泵扬程和效率随流量变化的情况进行分析,探究流量变化引起液氧涡轮泵外特性变化的作用机理。（2）对不同轴向间隙结构及径向间隙结构的液氧涡轮泵模型在不同流量工况下的流动特性进行定常仿真计算,并从能量特性与稳定特性两个角度,研究其外特性、轴向力及内流场随间隙改变的变化规律,探究间隙结构改变对液氧涡轮泵流动影响的内在机理。（3）对不同轴向间隙结构的液氧涡轮泵的同一流量工况进行非稳态计算,在涡轮泵转子流域及扩压叶栅流域设置流向及周向监测点,并采用快速傅里叶变换（FFT）分析上述流域中测点的压力脉动组成与其沿流向及周向的变化规律,探究非稳态流动下轴向间隙改变对的压力脉动的影响。研究结果表明,在各间隙结构下的外特性曲线中均现了“驼峰”现象,“驼峰”区均出现在Q/QBEP为0.74到0.87的区域。在不同轴向间隙结构中,诱导轮-离心轮流域及前后盖板流域的水力损失情况是影响液氧涡轮泵外特性变化的主要因素;在各径向间隙结构中,随着径向间隙的增大前盖板间隙流域对水力损失的贡献明显增加。在轴向力的研究中,不同轴向间隙和径向间隙结构下,后盖板壁面的受力均是液氧涡轮泵总轴向力的大小和方向的主导因素,转子的轴向间隙的变化影响了后盖板间隙的大小,改变了中部腔体中的压力分布,导致了轴向力合力的改变;转子的径向间隙改变也因影响了上述腔体中的压力分布从而对轴向力产生影响。在对非定常压力脉动分析中,发现压力脉动主要由动静干涉和诱导轮与离心轮交接处的不稳定流动产生,转子的轴向间隙变化主要改变了诱导轮与离心轮交接处的流动情况从而对全流域的脉动特性产生影响。