预压涡轮泵多级轴流式液力涡轮特性研究

发布时间：2022-06-02 23:03

　　高压补燃氢氧火箭发动机采用预压涡轮泵技术能有效提高推进剂泵的抗汽蚀性能,并大大减轻火箭贮箱的重量。氧预压泵一般通过轴流式液力涡轮驱动,而目前国内外关于此类涡轮的研究资料较少,对于其内部流场结构、流动损失机理尚不明确。针对此问题,本文主要开展了如下工作:（1）在参考AMDC损失模型的基础上建立了预压泵多级轴流式液力涡轮的一维设计方法,采用模块化设计思想,基于Python编写了一套用于多级轴流式液力涡轮一维设计的程序,并研究了相关参数对设计结果的影响。（2）以SSME所采用的多级轴流式液力涡轮为原型,对无间隙和有间隙时的液力涡轮流场进行了数值仿真,获得了其内部详细流动结构,捕捉到了马蹄涡、通道涡、泄露涡等涡系结构,分析了叶栅通道中的涡系发展过程、熵增分布,发现其流动规律与小展弦比的气涡轮存在较大相似性。（3）数值研究了叶尖间隙对液力涡轮性能和流动结构的影响。叶尖间隙增加会导致涡轮性能显著下降,间隙比每增加1%,涡轮流量将平均增加0.95%,效率将平均下降2.1%。叶尖间隙增大会导致更多比例的流体通过叶尖间隙,并且通过静叶叶尖间隙的泄漏量要大于动叶叶尖间隙。叶尖间隙区存在沿压力面边缘分布的分... 

【文章页数】：78 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究进展
        1.2.1 预压涡轮泵研究现状
        1.2.2 液力涡轮研究进展
        1.2.3 涡轮叶尖间隙流动研究现状
    1.3 本文主要研究内容
2 液力涡轮一维设计计算
    2.1 设计计算思路
        2.1.1 基本假设
        2.1.2 符号说明
        2.1.3 设计输入参数
        2.1.4 基本参数的说明
        2.1.5 损失模型
        2.1.6 计算流程
    2.2 设计计算的结果与分析
        2.2.1 设计结果
        2.2.2 设计参数对结果的影响分析
    2.3 小结
3 数值计算方法
    3.1 研究对象
    3.2 数值计算方法
        3.2.1 控制方程
        3.2.2 湍流模型
        3.2.3 计算方法
        3.2.4 边界条件
        3.2.5 网格划分
    3.3 网格无关性检验
    3.4 小结
4 液力涡轮基本流场结构分析
    4.1 涡轮基本流动参数
    4.2 静叶叶栅流场结构
    4.3 动叶叶栅流场结构
    4.4 流动损失
    4.5 小结
5 液力涡轮叶尖间隙对涡轮流场的影响
    5.1 带叶尖间隙涡轮的流动结构
        5.1.1 间隙泄漏流动基本特征
        5.1.2 叶尖间隙区流动分析
        5.1.3 涡系结构发展
        5.1.4 流动损失分析
    5.2 叶尖间隙大小对涡轮内部流动的影响
        5.2.1 叶尖间隙大小对涡轮总体性能的影响
        5.2.2 间隙泄漏流量分析
        5.2.3 间隙区流动结构分析
        5.2.4 流动损失分析
    5.3 小结
6 变工况特性研究
    6.1 液力涡轮的动力特性曲线
    6.2 间隙流动结构分析
    6.3 采用不同流动工质时的差异
    6.4 小结
7 总结与展望
    7.1 总结
    7.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于大涡模拟的轴流泵叶顶泄漏涡瞬态特性分析[J]. 张德胜,石磊,陈健,耿琳琳,吴苏青.  农业工程学报. 2015(11)
[2]间隙流动对混流式水轮机效率预测的影响[J]. 冯建军,罗兴锜,吴广宽,朱国俊.  农业工程学报. 2015(05)
[3]叶顶间隙对轴流泵轮缘压力脉动影响的数值预测[J]. 黎耀军,沈金峰,洪益平,刘竹青.  农业机械学报. 2014(05)
[4]大推力液体火箭发动机研究[J]. 谭永华.  宇航学报. 2013(10)
[5]间隙高度对某涡轮叶尖间隙泄漏流影响的研究[J]. 王大磊,朴英.  推进技术. 2012(04)
[6]不同冲角下有叶顶间隙的涡轮叶栅拓扑与旋涡结构[J]. 颜培刚,王祥锋,韩万金.  实验流体力学. 2012(03)
[7]叶尖间隙高度对某高压涡轮级损失分布的影响[J]. 王大磊,朴英.  航空动力学报. 2012(01)
[8]轴流式水轮机间隙流动分析[J]. 韩秀丽,刘万江,张乐福.  大电机技术. 2009(03)
[9]液氧/煤油发动机煤油预压涡轮泵技术[J]. 李向阳,王晓锋,宣统,苗旭升.  火箭推进. 2009(01)
[10]间隙高度对涡轮叶顶间隙流动的影响[J]. 牛茂升,臧述升,黄名海.  工程热物理学报. 2008(06)

硕士论文
[1]轴流定桨式水轮机轮缘间隙对转轮性能影响的分析研究[D]. 王岩.兰州理工大学 2008
[2]火箭发动机变螺距诱导轮预压涡轮泵技术研究[D]. 李向阳.西安电子科技大学 2007



本文编号：3653251