涡轮泵平衡活塞内消旋肋片对轴向力影响的数值模拟及分析

摘要

通过三维稳态数值模拟和正交实验研究方法，系统分析了不同结构参数的消旋肋片对涡轮泵平衡活塞内部流动特性及轴向力的影响规律。选取某液体火箭发动机涡轮泵的平衡活塞流域作为研究对象，进行三维稳态数值模拟，分析了消旋肋片对平衡活塞内部流动特性的影响；设计正交实验方案，通过调整消旋肋片的宽度、高度及数量，进一步评估了各参数对轴向力影响的差异性。研究结果表明：消旋肋片的加入显著影响了涡轮泵平衡活塞内部流动特性；引入消旋肋片后，平衡活塞模型内部流动变得更加复杂，在动静圆盘间隙出现了更多的涡，增加了能量耗散，进而引发平衡活塞内部压力变化，轴向力明显改变，泄漏通道内的轴向力降低幅度可达14.3%;在选取的消旋肋片结构参数中，按照对轴向力的影响大小从高到低依次为消旋肋片的宽度、高度及数量，且前两者对结果的极差值分别为消旋肋片数对应结果的4.6倍和3.5倍。该研究通过消旋肋片结构参数设计改善了平衡活塞的工作特性，从而提高涡轮泵运行的稳定性，为液体火箭发动机涡轮泵性能优化提供了一定的参考。

关键词

涡轮泵 / 平衡活塞 / 轴向力 / 消旋肋片