多级泵级间导叶的优化与数值仿真

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1、第37卷第5期火箭推进Vo1．37．№．52011年l0月JOURNALOFROCKETPROPULSIONOct．2011多级泵级间导叶的优化与数值仿真薛睿，李家文，唐飞(北京航空航天大学宇航学院，北京100191)摘要：级间导叶是多级离心泵的重要组成部件，对泵性能有重要影响。基于国内外研究提出了级间导叶的四种设计方法，分别为改进径向式导叶设计法、四条流线包围流道设计法、中间流线矩形扫描法和中间流线圆形扫描法。为某多级液氢泵分别设计一种径向式导叶和四种流道式导叶，验证了设计方法的可行性。对径向式导叶及四种流道式导叶进行了数值仿真研究，结果表明中间流线圆形

2、扫描法最优。关键词：级间导叶；流道式导叶；优化与仿真中图分类号：V434—34文献标识码：A文章编号：1672—9374(2011)05—0024—07OptimizationandnumericalsimulationforinterstageCrOSSOVerO士multistagepump一一一XUERui，LIJia-wen，TANGFei(SchoolofAstronautics，BeijingUniversityofAeronautics&Astronautics，Beijing100191，China)Abstract：Theintersta

3、gecrossoverisanimportantcomponentinmulti--stagecentrifugalturbop·-umps．Ithasasignificanteffectontheperformanceofpump．Onthebasisofinvestigatingoverseas’advancedconfigurations，fourpossibledesignmethodsforthevanedcross—overconfigurationarepro—posed．Thecross—overregionforamultistageli

4、quidhydrogenpumpisdesignedwiththesemethodswhosecorrectnessisvalidated．EveryconfigurationisanalyzedwithCFD．TheCenterlineCircleSec—tionMethodisthebestoneforreducingflowlosses。Keywords：interstagecrossover；vanedcrossoverconfiguration；optimizationandsimulation胀循环发动机。这种高压液氢泵一般采用多级泵0引言串联

5、方案，这样既可以减少叶轮的叶尖速度，又可以增加级的比转速，使多级泵的总效率有所提由于氢氧发动机涡轮功率的80％左右消耗在高。液氢泵上，液氢泵的效率对氢氧发动机性能有很级间导叶安装在前一级叶轮出口和下一级叶大影响，特别是对于燃气发生器循环发动机和膨轮人口之间，将前一级叶轮输出的液体扩压，然收稿日期：2011-03—10；修回日期：2011-04—08基金项目：国家航天高技术项目作者简介：薛睿(1986～)，男，硕士研究生，研究领域为离心泵流场仿真及优化第37卷第5期薛睿，等：多级泵级间导叶的优化与数值仿真25后导入下一级叶轮人口。多级离心泵和单级离心叶片的通

6、道连接成一个整体，不存在径向式导叶泵的主要区别在于增加了级间导叶，在设计和优的无叶片环形空间，因此其水力性能比径向式导化多级离心泵的过程中，级问导叶应该是重点考叶完善，同样由于这个特点，它比径向式导叶更虑的部件。难于加工。文献[1]给出了级间导叶的四种型式：径向式导叶、流道式导叶、无正导叶的结构和空间导2流道式导叶设计方法叶。本文基于某发动机两级液氢泵研究了径向式导叶和流道式导叶的设计方法，通过数值仿真验2．1保角变换法证设计方法的可行性和优劣，为后续优化设计提在扭曲叶片设计方法中，保角变换法是一种供依据。很常用的方法。流面是个空间曲面，直接在流面上画流线

7、不容易表示流线形状和角度的变化规径向式导叶与流道式导叶律。因此，要设法把流面展开成平面，在展开的平面上先画出流线，再按预先作好的记号，返回1．1径向式导叶到相应的流面上，这种将空间复杂的流线转换到径向式导叶由正导叶、环形空间和反导叶组平面上进行设计，再返回空间获得空间流线的设成。正导叶起压水室作用，包括螺旋线部分和扩计思路就是保角变换法的主要特征。散段部分。环形空间的作用在于改变液流的方向。反导叶除起压水室作用(降低速度、消除液体旋转分量)外，还起着把液体引入下级叶轮的吸水室。径向式导叶具有结构简单、轴向尺寸短的优点。1．2流道式导叶径向式导叶为了降低加工

8、难度，正导叶和反导叶是独立的，在正导叶和反导叶中间形成了一个没有叶