高速液氧泵流態(tài)與脈動特性的數(shù)值模擬研究.pdf

1、高速液氧泵應(yīng)用廣泛，是化工、航空、航天等重要領(lǐng)域的關(guān)鍵設(shè)備，在運(yùn)行中出現(xiàn)振動現(xiàn)象，將嚴(yán)重威脅到運(yùn)轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性與安全性。本課題以高速液氧泵為研究對象，針對其在實(shí)際工作工況（18000r/min-308kg/s）下，出現(xiàn)異常振動的問題，從內(nèi)部流體運(yùn)動產(chǎn)生脈動的角度入手，對液氧泵分別進(jìn)行穩(wěn)態(tài)與非穩(wěn)態(tài)數(shù)值模擬，分析流場的壓力、速度、流線、旋渦、熵產(chǎn)分布特點(diǎn)，綜合研究振動頻率與流動現(xiàn)象間可能存在的關(guān)系。
　　本文的主要內(nèi)容包括：
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2、.對高速液氧泵進(jìn)行18000r/min轉(zhuǎn)速下不同流量工況的穩(wěn)態(tài)計(jì)算，獲取液氧泵特性曲線，分析液氧泵流場隨流量增加而產(chǎn)生的變化規(guī)律，并評估液氧泵的工作狀態(tài)。
　　2.對高速液氧泵實(shí)際工作工況（18000r/min-308kg/s）的穩(wěn)態(tài)計(jì)算結(jié)果，進(jìn)行深入分析，包括壓力場特性、速度矢量場特性、流線分布特性的定性分析，同時(shí)引入Q方法與熵產(chǎn)計(jì)算進(jìn)行定量的分析，從多角度研究液氧泵內(nèi)的流動現(xiàn)象，并定量描述相應(yīng)的損失，評估對不同流態(tài)對流動的影響

3、。
　　3.對高速液氧泵實(shí)際工作工況（18000r/min-308kg/s）的非穩(wěn)態(tài)計(jì)算結(jié)果，采用Q方法進(jìn)行旋渦場的可視化處理，提取出流態(tài)隨時(shí)間變化與發(fā)展的過程，直觀考察流態(tài)的周期性，分析流動中包含的脈動因素，為液氧泵的振動分析提供流態(tài)依據(jù)。
　　4.對高速液氧泵實(shí)際工作工況（18000r/min-308kg/s）非穩(wěn)態(tài)計(jì)算中采集的時(shí)域數(shù)據(jù)，進(jìn)行快速傅里葉變換（FFT），獲取流動對機(jī)殼作用力的脈動頻譜，以及流場內(nèi)部關(guān)鍵區(qū)域的

4、壓力脈動頻譜，并且通過短時(shí)傅里葉變換（STFT），獲得頻譜的時(shí)間變化，分析主要脈動頻率的作用規(guī)律。
　　研究結(jié)果表明，在環(huán)形吸水室筋板、各葉片入口和誘導(dǎo)輪出口徑向切割處，集中有高損失、高脈動的復(fù)雜流動，是影響液氧泵外特性與運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素。吸水室筋板與各葉片入口的旋渦脫落及渦街運(yùn)動現(xiàn)象，具有3、6或12倍轉(zhuǎn)頻的脈動特性；誘導(dǎo)輪出口徑向切割引發(fā)的紊亂脈動具有0~6倍轉(zhuǎn)頻的頻率帶。此外，整數(shù)倍轉(zhuǎn)頻的脈動還與葉片通過頻率關(guān)系密切，0