《離心泵內部不穩定葉片空化的動態特性及機理的研究》是依託江蘇大學，由付燕霞擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：離心泵內部不穩定葉片空化的動態特性及機理的研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：付燕霞
- 依託單位：江蘇大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
不穩定空化已成為各工程領域研製高效與穩定運行離心泵迫切需要解決的關鍵問題。國內在研究泵不穩定空化流動的理論尚不完備，本項目擬通過理論分析、數值模擬與實驗相結合，針對低比轉速離心泵內部不穩定空化產生機理及其動態特性展開系統性研究。在一基於虛擬儀器技術的離心泵空化實驗台上，在不同運行工況下，利用高速攝影技術實現泵內部流場可視化及進行泵進口壓力脈動測試，獲得空泡運動規律；基於動態採集壓力脈動信號，準確獲得泵不穩定空化流動的強度、頻率及其軸向或徑向特徵；基於空化實驗測試數據，修正完善空化模型，進行泵空化流動的非定常數值模擬，仿真泵不穩定空化的動態特性；通過數值優選與實驗驗證，初步建立識別離心泵內部不穩定空化現象的類別、發生條件及其特性的方法。本項目旨在揭示離心泵內部不穩定空化產生機理及其特性，豐富和發展泵空化不穩定流動理論，具有重要的學術價值和工程套用價值。
結題摘要
空化不穩定現象已是目前制約高性能泵研發的關鍵技術問題，其誘發的脈動頻率與火箭發動機渦輪泵固有頻率發生共振使葉片產生疲勞斷裂與轉子失衡，甚至會帶來災難性的後果。首先針對火箭發動機誘導輪內部流動預測的幾個關鍵問題進行數值模擬研究，通過與相應試驗結果進行對比，獲得誘導輪性能受湍流模型、進出口管道長度、進出口靜壓採集位置、葉頂間隙，以及溫度的影響較大，尤其在小流量下這一影響更明顯；基於Rayleigh-Plesset均相流空化模型預測常溫下渦輪泵揚程下降3%以前的空化性能相對準確，而其預測高溫下渦輪泵揚程下降5%相對準確；當渦輪泵發生較嚴重空化，揚程下降量為5%~10%時，該均相流空化模型預測結果與其試驗值存在一定的偏差。其次，基於義大利比薩大學空化泵轉子動力測試台針對非空化與空化狀態下的誘導輪進行壓力脈動測試及空化試驗，獲得小流量工況Q/Qd=0.5下，其葉頂間隙及葉片前緣處首先發生空化，當誘導輪揚程係數下降約為13%，某個葉片流道幾乎被空泡占據；其葉片前緣的壓力脈動主頻均為f1=125Hz、f2=1.465Hz和2fn，次主頻為f6=41.5Hz；頻率f2的交叉相位 值均為0°，即誘導輪內部出現與該頻率對應的軸向流動現象；而次主頻f6=41.5Hz的交叉相位對應旋轉不穩定流動現象，存在3個旋轉單元體，其真實頻率為13.83Hz，為0.3倍的軸頻，即誘導輪內部出現低頻旋轉流動。可見，小流量工況下空化誘導輪中的空泡呈不對稱分布規律，且軸頻及其以下的低頻頻率占主導地位，其內部存在較複雜的低頻不穩定空化流動現象。最後，針對一台中比轉數離心泵的閉式葉輪、開式葉輪及帶分流葉片葉輪的空化特性進行了系統的研究。獲得閉式葉輪泵的水力效率最佳，接近70%，但其空化性能最差，而帶分流葉片葉輪泵的空化性能明顯優於其它2種形式的葉輪。在小流量工況且當泵揚程下降1%後，泵內部壓力脈動主頻均為低於軸頻的低頻頻率，通過對其進行相位相關性分析，獲得葉輪進口處存在軸向不穩定空化流動現象。本項目研究為流體機械空化工程套用問題提供理論依據和數據參考，具有重要的學術價值。
