液体火箭发动机涡轮泵管式扩压器时序效应数值研究

摘要

为分析管式扩压器的时序效应对高速涡轮泵性能以及压力脉动的影响并阐明其影响机制，对某液体火箭发动机高速涡轮泵全流域进行三维定常和非定常数值计算，研究了管式扩压器时序效应对涡轮泵外特性的影响规律，采用熵产理论对涡轮泵内部的能量损失进行分析，并通过压力脉动均方根方法对涡轮泵内的压力脉动进行评估。结果表明：随着管式扩压器叶片与蜗壳隔舌夹角的增大，涡轮泵效率和扬程整体趋势均为先升高后降低，两者的变化幅度分别为0.75%、1.68%,当管式扩压器叶片吸力面出口边与蜗壳隔舌的夹角为20.5°、25.5°时，涡轮泵具有较好的性能，其影响机制由蜗壳隔舌下方的扩压管出口附近涡流和能量损失变化决定。动静干涉效应是涡轮泵内压力脉动的主要原因，时序效应对涡轮泵出口和蜗壳隔舌附近压力脉动的变化幅度分别为37.7%、67.6%。蜗壳流道内压力脉动的最大值位于蜗壳隔舌下方扩压管出口区域，时序效应对压力脉动最大值的变化幅度为20.5%。研究结果可为液体火箭发动机涡轮泵性能和振动的优化提供一定的参考。

关键词

液体火箭发动机 / 涡轮泵 / 管式扩压器 / 时序效应

基金资助

国家自然科学基金资助项目(51922085)