涡轮泵及诱导轮流动不稳定性及空化特性研究

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1、分类号!H量!!UDC鱼21：壹@江荨大擎博士学位论文密级坌珏编号!Q2里塑!Q!!Q!!涡轮泵及诱导轮流动不稳定性及空化特性研究指导教师袁麦甚碰究虽指导小组成员袁建壬研究虽里!Q￡垃盟亟：△gQ血旦Q申请学位级别王堂墟土专业名称逾簋扭拭及王程论文提交日期2Q!垒玺垒目论文答辩日期2Q!垒笙鱼且学位授予单位和日期江菱太堂2Q!垒生鱼目答辩委员会主席评阅人2014年4月ClassifiedIndex：TH31lUDC：621．6Ph．D．DissertationInvestigationonFlowInstabilitiesandCavitationCharacteris

2、ticsoftheTurbopumpandInducerByMajor：FluidMachineryandEngineeringSupervisors：Pro￡ShouqiYuanProf．JianpingYuanProf．Lucad’AgostinoJiangsuUniversityApril，2014独创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中己注明引用的内容以外，本论文不包含任何其它个人或集体已经发表或撰写过的作品成果，也不包含为获得江苏大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。对本文的研究做出重要贡献的

3、个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：付亵、霞扫呻年6月f6日学位论文版权使用授权书江苏大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、中国学术期刊(光盘版)电子杂志社有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致，允许论文被查阅和借阅，同时授权中国科学技术信息研究所将本论文编入《中国学位论文全文数据库》并向社会提供查询，授权中国学术期刊(光盘版)电子杂志社将本论文编入《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》并向社会提供查询。论文的公布(包

4、括刊登)授权江苏大学研究生处办理。本学位论文属于不保密口。学位论文作者签名：付戴键bfq年6月(6日指导教师签名：矽，?c年易月聒日摘要摘要本文是在国家自然科学基金重点项目“水力机械空化特性及对策”(51239005)、国家自然科学基金项目“离心泵进口流场畸变诱导低频频率特性的研究”(51349004)和江苏省博士创新计划“离心泵内部低频汽蚀机理及规律研究”(CXLXll0577)的资助下开展工作的。涡轮泵是液体火箭动力装置系统的重要组件之一，必须满足在高温高压的苛刻环境下安全工作的需要。随着航天技术的进一步发展，涡轮泵的高效、高抗空化性及其稳定运行是火箭动力装置的关键

5、指标。目前，在火箭发动机涡轮泵前加装诱导轮已成为保证涡轮泵获取优越空化性能的关键技术。通过在涡轮泵前加装诱导轮，主要目的是对推进剂进行加压，从而产生一定的扬程来提高涡轮泵叶轮入口压力，进而可避免涡轮泵内部发生空化破坏和产生不稳定流动现象，以提高涡轮泵的抗空化性能。因此，本文基于数值模拟和实验相结合的方法对涡轮泵及诱导轮的水力性能、空化特性及其不稳定流动特性进行了系统的研究。本文的主要工作和创新性成果有：1．总结了火箭发动机涡轮泵及诱导轮的国内外研究现状：包括诱导轮的类型、内部流动理论及其内部流动不稳定现象，例如，旋转失速、旋转颤振、喘振现象、旋转空化、不对称叶片空化、回

6、流漩涡空化及高阶旋转不稳定现象的发生条件，以及它们相应的特性。2．总结了意大利比萨航空推进公司Aim空化泵转子动力测试系统CPRTF的主要测试设备、测试功能及相关试验内容的实验步骤：如水力性能测试、空化性能试验以及压力脉动试验等。同时，也介绍了涡轮泵及诱导轮内部非定常流动与空化流动的数值模拟理论与方法。3．系统地研究了预测火箭涡轮泵及诱导轮内部流动及其水力性能的方法：考虑了不同网格、边界条件、湍流模型、进出管道长度、进出口静压读取位置以及工作介质温度对DAPROT3诱导轮与VAMPIRE涡轮泵水力性能的影响，并通过与其相应的试验数据对比。研究结果表明，DAPROT3诱导

7、轮性能受湍流模型、进出口管道长度、进出口静压采集位置、叶顶间隙，以及温度的影响较大，尤其在小流量下这一影响更明显；基于较短的进出口管道与叶顶间隙较小(0．8mm)的江苏大学博士学位论-文：火箭发动机涡轮泵及诱导轮的流动不稳定性及空化特性研究DAPROT3诱导轮扬程一流量曲线明显较高于进出口管道较长且叶顶间隙较大的DAPROT3诱导轮扬程．流量曲线。但这些因素对VAMPIRE涡轮泵水力性能的计算结果影响较小。结果表明DAPROT3诱导轮与VAMPIRE涡轮泵水力性能的计算结果与其试验结果吻合较好。4．针对不同温度对各工况下VAMPIRE涡轮