大功率高速混流泵流动模拟与结构优化

为了提高发射系统中瞬态工作的水泵具有优越的稳态性能,探索最佳的特殊流动结构形式,保证水泵基本性能和结构形式满足发射系统的需要,本文以涡轮泵发射系统中具有特种结构型式的混流泵作为研究对象,利用计算流体力学(CFD)技术对特种混流泵在多种工况下的内部流动状态进行分析,基于流动分析对全工况的稳态性能进行预测,并分析了不同出水结构对水泵和发射系统性能的影响。 介绍了混流泵水力性能和内流特性研究的四种方法,比较了各种方法之间的优缺点,指出数值模拟是具有投资小、研究周期短和精度易于提高等特点的一种研究流体流动的有效方法。 介绍了水力机械叶轮内流数值模拟研究的理论和基本方法,比较了各种湍流模式的优缺点以及在水力机械CFD模拟中的适用性。详细阐述了叶片造型、网格生成、边界、壁面条件设置方法,以及基于内流模拟的外特性预测方法。 针对特种混流泵在全工况下的内部流动进行了整机数值模拟,给出了各过流部件的内流场,分析了从小流量到大流量的流场变化和外特性曲线,将全工况下的外特性结果与模型试验数据进行了比较,两者能较好吻合。 在基本模型的分析基础上,改变混流泵的出水机构,进行三种不同结构形式的内部流动模拟和外部性能预测,对结果进行比较分析,得到了更适合发射系统的混流泵的特殊出水机构。 本文给出特种混流泵内流场模拟和外特性预测方法,得到了这种瞬态工作泵的稳态内部流场信息和外部性能特征,为特种混流泵基本性能的改进和出水方式的优化提供了依据,还丰富了混流泵流动模拟和结构优化的研究结果,具有重要的理论意义和很强的实际应用价值。

混流泵; 数值模拟; 内流; 性能预测; 结构优化;

王乐勤; 吴大转;

TH313

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