径向直叶片燃油汽心泵的数值模拟及其应用研究

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1、中图分类号：V228.1论文编号：102870215-S117学科分类号：082521硕士学位论文径向直叶片燃油汽心泵的数值模拟及其应用研究研究生姓名于定鹏学科、专业航空宇航推进理论与工程研究方向发动机燃油控制系统指导教师王彬讲师南京航空航天大学研究生院能源与动力学院二О一五年三月iNanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofEnergyandPowerEngineeringNumericalSimulationandApplicationResearc

2、hofFuelVaporCorePumpwithStraightRadialBladesAThesisinAerospacePropulsionTheoryandEngineering(SystemSimulationandControl)byYuDingpengAdvisedbyLecturer:WangBinSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2015ii南京航空航天大学硕士学位论文承诺书本人声明所呈交的硕士学位论

3、文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：iii径向直叶片燃油汽心泵的数值模拟及其应用研究摘要汽心泵突出的流量调节功能使其在航空发动机燃油控制系统中具有良好的应用前景。清楚认识汽心泵工作机理，完善其设计方法

4、，并研制样机对我国航空发动机燃油泵的发展具有重要意义。根据汽心泵样机结构尺寸，建立包括泵进口流道、进口节流装置、闭式径向直叶片叶轮、螺旋型蜗壳、锥型扩压器、泵出口在内的全流道几何模型；利用ICEMCFD进行高质量网格划分；采用商业CFD软件ANSYSFLUENT进行非定常汽液两相数值模拟，并对比汽心泵样机试验结果验证了数值模型的准确度。利用RNGk-epsilon湍流模型与Zwart-Gerber-Belamri空化模型相结合的数值模型分析了小开度工况下汽心形态对泵性能的影响，获得了汽心区域的合理范围。分析不同进口压力下的汽心形态和泵的性能发现，当汽

5、心区域未接近叶片出口边时，汽心对汽心泵的性能影响不大，而汽心区域接近叶片出口边时泵的效率会急剧下降，故应避免汽心发展至这一位置。利用数值模型对叶轮叶片数进行优化。对20、18、15、12、9和6叶片的径向直叶片汽心泵进行数值模拟发现，叶片数从20片减少至9片时，泵的压头稍有上升且效率几乎不变，而叶轮质量可减少约20%，此时泵的出口压力脉动幅值在±2.5%以内；当减少至6片时，出口压力脉动幅值达±8%。对9叶片汽心泵压力脉动以及流动特征的分析表明，泵内压力从隔舌处开始沿蜗壳周向呈现先上升再下降、再上升的变化规律，影响泵内压力脉动的主要频率为叶片通过频率

6、。隔舌的存在是泵内产生旋涡的主要原因，且泵内旋涡主要分布在靠近隔舌的叶片流道内。关键词：燃油汽心泵，汽液两相，汽心区域，叶片数，压力脉动iv南京航空航天大学硕士学位论文ABSTRACTTheoutstandingflowgoverningmakesVCP(VaporCorePump)possibletohaveprospectiveapplicationinthefuelsystemofaircraftengines.ClearlyrecognizingVCP’sworkingmechanismandimprovingitsdesigntechniq

7、ue,aswellasdevelopingtheVCPprototype,havegreatsignificancetothedevelopmentoffuelpumpsusedindomesticaircraftengines.Accordingtothestructureandsizeoftheprototype,thegeometricmodelofthewholeVCPwasbuiltincludingthepumpinletchannel,theinletthrottledevice,theenclosedimpellerwithradia

8、lstraightblades,thespiralvolute,theconicaldiffuserandt