轮毂形状对诱导轮性能的影响

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1、第38卷第2期火箭推进Vo1．38，No．22012年4月JOURNALOFROCKETPROPULSIONApr．2012轮毂形状对诱导轮性能的影响宋沛原，李家文，唐飞(北京航空航天大学宇航学院，北京100191)摘要：在离心泵前加置诱导轮是保证离心泵获取优越汽蚀性能的关键途径。针对某型号液体火箭发动机诱导轮，采用CFD技术研究了轮毂型线形状对诱导轮汽蚀性能和扬程的影响。结果表明，在具有相同入口流动状态条件下，改变诱导轮轮毂型线形状可使诱导轮产生不同扬程。关键词：液体火箭发动机；诱导轮；轮毂；扬程中图分类号：V434—34文献标识码：A文章编号：1672—9374f2012)02

2、—0038—06EffectofhubshapeonperformanceofinducerSONGPei-yuan，LIJia-wen，TANGFei(SchoolofAstronautics，BeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Beijing100191，China)Abstract：Theinducermountedinfrontofthecentrifugalpumpisakeywaytoensurethecen—trifugalpumptoachievetheexcellentcavitationperformanc

3、e．Inallusiontotheinducerofacertainliquidrocketengine，CFDtechniquewasadoptedforresearchingtheinfluenceofhubshapeonthecavitationperformanceandpumpingheadofinducer．Theresultsshowthat，undertheconditionofthesameinletflow，changingtheinducer—hubshapecanmaketheinducertogeneratethediferentpumpinghead．K

4、eywords：liquidrocketengine；inducer；hub；headofdelivery为了进一步提高诱导轮的性能，国内外研究0引言者对诱导轮形状展开了广泛而深入的研究。日本东北大学流体科学研究所、航空宇宙技术研究所为提高航天运输系统的有效载荷，要求推进剂角田宇宙推进技术研究中心和大阪大学在研究供应系统能够工作在尽可能低的人口压力条件下。H一Ⅱ火箭的LE一7诱导轮时发现，改变诱导轮前由于诱导轮具有小载荷、高稠度、小冲角等特点，方进料管的几何尺寸，就可以改善诱导轮的汽蚀使液体绕流叶片型面时压降较小，因此诱导轮能在性能，并抑制了泵轴的振动【l_1。Bakir应用商用低

5、入口压力、局部出现汽蚀的条件下工作。CFD软件CFX，基于N—S方程和零方程湍流模收稿日期：2011-10—24；修回日期：2011-12—29基金项目：国家高技术项目(2009AA7054051作者简介：宋沛原(1986一)，男，硕士，研究领域为液体火箭发动机离心泵火箭推进2012年4月1．2网格生成lPv~v／2(psat-p)一为了减少计算量，根据周期性边界条件选取1／3流道划分结构网格，对于叶片吸力面前缘、当p时，轮缘间隙以及轮毂处等需要关注的局部加密处clP理。计算网格数约为35万。v~／／2(Ps．,-P式中：Co，C为相变率系数，c=O．02，C=O．01；为当地特征

6、速度(约等于当地的湍流强度)；or为饱和液体的表面张力系数；P为液体饱和蒸汽压，P为当地操作压强。1．4计算方法及边界条件采用旋转坐标系，进口条件为压力进口，出15条件为质量流量出口，固壁面采用无滑移边界图3计算网格条件，工质选用液态水(300K)。Fig．3Calculationgrid2计算结果与分析1．3汽蚀模型Singhal等人给出的完全汽蚀模型考虑了汽蚀2．1性能分析流动中的相变、空泡动力学、湍流压力脉动和流表2是各方案诱导轮l生能比较。体中含有的非凝结性气体的影响。表2各方案诱导轮眭能比较在该模型中，假设了初始流场中含有不可冷Tab．2Performancesofind

7、ucersdesigned凝小气核，这些小气核在液体中处于溶解或混合withvariousschemes状态。在来流中给定了不可冷凝气体的质量分数，所以整个流动的不可冷凝气体的含量都是常数，但其密度随着当地压强的变化而变化。这样，就引入了混合密度函数P，它和蒸汽质量分数的关系如下：一丘+盘+PPPgPl式中：下标v，g和1分别代表蒸汽、气体和液体状态；蒸汽质量分数，由蒸汽输运方程、质量从表2可以看出，与方案1直锥轮毂诱导轮守恒方程和动量守恒方程联合求解。蒸汽输运方相比