高速液氧泵流态与脉动特性的数值模拟研究

发布时间：2017-06-05 15:22

  本文关键词：高速液氧泵流态与脉动特性的数值模拟研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：高速液氧泵应用广泛，是化工、航空、航天等重要领域的关键设备，在运行中出现振动现象，将严重威胁到运转的稳定性与安全性。本课题以高速液氧泵为研究对象，针对其在实际工作工况（18000r/min-308kg/s）下，出现异常振动的问题，从内部流体运动产生脉动的角度入手，对液氧泵分别进行稳态与非稳态数值模拟，分析流场的压力、速度、流线、旋涡、熵产分布特点，综合研究振动频率与流动现象间可能存在的关系。 本文的主要内容包括： 1.对高速液氧泵进行18000r/min转速下不同流量工况的稳态计算，获取液氧泵特性曲线，，分析液氧泵流场随流量增加而产生的变化规律，并评估液氧泵的工作状态。 2.对高速液氧泵实际工作工况（18000r/min-308kg/s）的稳态计算结果，进行深入分析，包括压力场特性、速度矢量场特性、流线分布特性的定性分析，同时引入Q方法与熵产计算进行定量的分析，从多角度研究液氧泵内的流动现象，并定量描述相应的损失，评估对不同流态对流动的影响。 3.对高速液氧泵实际工作工况（18000r/min-308kg/s）的非稳态计算结果，采用Q方法进行旋涡场的可视化处理，提取出流态随时间变化与发展的过程，直观考察流态的周期性，分析流动中包含的脉动因素，为液氧泵的振动分析提供流态依据。 4.对高速液氧泵实际工作工况（18000r/min-308kg/s）非稳态计算中采集的时域数据，进行快速傅里叶变换（FFT），获取流动对机壳作用力的脉动频谱，以及流场内部关键区域的压力脉动频谱，并且通过短时傅里叶变换（STFT），获得频谱的时间变化，分析主要脉动频率的作用规律。 研究结果表明，在环形吸水室筋板、各叶片入口和诱导轮出口径向切割处，集中有高损失、高脉动的复杂流动，是影响液氧泵外特性与运转稳定性的关键因素。吸水室筋板与各叶片入口的旋涡脱落及涡街运动现象，具有3、6或12倍转频的脉动特性；诱导轮出口径向切割引发的紊乱脉动具有0~6倍转频的频率带。此外，整数倍转频的脉动还与叶片通过频率关系密切，0~1倍转频的脉动与高频脉动的周期性作用有关。
【关键词】：流体机械 液氧泵 CFD 流致振动
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH38
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-6
• 目录6-8
• 第1章 绪论8-16
• 1.1 课题来源及研究的目的和意义8-10
• 1.1.1 课题来源8
• 1.1.2 课题研究的背景和意义8-10
• 1.2 国内外在该方向的研究现状及分析10-14
• 1.2.1 国外高速液氧泵研究现状10-13
• 1.2.2 国内高速液氧泵研究现状13-14
• 1.2.3 ．国内外文献综述的简析14
• 1.3 本文主要内容14-16
• 第2章 液氧泵建模与数值计算原理16-27
• 2.1 流域建模16-17
• 2.2 控制方程17-18
• 2.3 SST 湍流模型18-19
• 2.4 数值方法求解控制方程19-20
• 2.4.1 方程离散化方法19-20
• 2.4.2 离散方程的数值求解20
• 2.5 网格划分20-25
• 2.5.1 网格类型概述20-21
• 2.5.2 网格划分方案21-25
• 2.6 边界条件设置25-26
• 2.6.1 入口条件设置25
• 2.6.2 出口边界条件25
• 2.6.3 数据交换面设置25-26
• 2.7 本章小结26-27
• 第3章 液氧泵稳态计算分析27-76
• 3.1 网格无关性验证27-29
• 3.2 液氧泵定转速工作外特性分析29-36
• 3.2.1 计算收敛性调节29-31
• 3.2.2 液氧泵工作特性分析31-36
• 3.3 液氧泵工作工况流场分析36-75
• 3.3.1 分析方法介绍36-37
• 3.3.2 压力场分析37-45
• 3.3.3 速度场分析45-51
• 3.3.4 流线分布分析51-60
• 3.3.5 涡核结构分析60-65
• 3.3.6 熵产分析65-75
• 3.4 本章小结75-76
• 第4章 液氧泵非稳态计算流场分析76-86
• 4.1 非稳态全通道流场76-79
• 4.1.1 非稳态流线场76-77
• 4.1.2 非稳态旋涡分布77-79
• 4.2 吸水室非稳态旋涡分布79-80
• 4.3 诱导轮-离心轮非稳态旋涡分布80-82
• 4.4 径向导叶-压水室非稳态旋涡分布82-84
• 4.5 本章小结84-86
• 第5章 液氧泵非稳态计算压力脉动分析86-113
• 5.1 过流部件壁面受力分析86-95
• 5.1.1 环形吸水室受力分析86-88
• 5.1.2 诱导轮-离心轮受力分析88-90
• 5.1.3 径向导叶受力分析90-93
• 5.1.4 蜗壳受力分析93-95
• 5.2 环形吸水室测点压力脉动分析95-98
• 5.3 诱导轮测点压力脉动分析98-101
• 5.4 离心轮测点压力脉动分析101-105
• 5.5 径向导叶测点压力脉动分析105-109
• 5.6 蜗壳测点压力脉动分析109-112
• 5.7 本章小结112-113
• 结论113-115
• 参考文献115-119
• 攻读硕士期间发表的论文及其他成果119-121
• 致谢121

【参考文献】

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本文编号：424042