高速离心燃油泵空化特性数值研究

摘要

高速离心燃油泵是一种应用领域非常广泛的流体机械，在航空、航天、能源、交通等部门发挥着重要的作用。在向高转速、大功率等方向发展的过程中，空化引起的燃油泵旋转失速、振动、效率下降等问题成为制约其研发的关键。本文对自主设计的燃油泵的空化特性进行了研究，并分析了重要结构和工况参数对燃油泵空化性能的影响。 首先，根据特定技术参数对高速离心燃油泵进行了水力设计和三维建模；其次，在采用RNG k-ε湍流模型和空泡动力学方程的空化模型的基础上，利用ANSYS CFX对燃油泵的内部流场进行了空化特性数值研究，研究了不同工况下燃油泵的内部流场变化趋势，得到了无空化状态和空化状态下燃油泵特性曲线，并详细分析了燃油泵内流场的压力和空泡分布情况；然后，研究了结构参数（叶片数和叶片进口安放角）和运行参数（转速和温度）的对内部流场的影响，得到了几种不同条件对燃油泵空化发生以及空化性能的影响规律；最后，在原有燃油泵的设计参数基础上，对叶轮结构参数进行优化，分析了相同温度和转速工况下，优化前后燃油泵空化性能的技术指标。结果表明优化后的燃油泵在抗空化性能方面得到大幅提升，验证了本课题对燃油泵空化特性研究的准确性。 本文对高速离心燃油泵的空化进行了数值研究，得到了主要结构与工况参数和燃油泵内流场压力与空泡分布的关联规律，为高速离心燃油泵的研发和应用提供了理论支持。

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摘 要

Abstract

第1章 绪 论

1.1 课题研究的背景与意义

1.2 泵内空化国内外研究现状

1.2.1 空化机理和形式

1.2.2 空化数值模拟研究

1.2.3 空化试验研究

1.3 本文主要研究内容

第2章 空化计算模型和方法

2.1.1 连续性方程

2.1.2 动量守恒方程

2.1.3 能量守恒方程

2.2.1 空泡动力学方程

2.2.2 基于Rayleigh-Plesset方程的空化模型

2.3 湍流模型

2.3.1 标准k-?模型

2.3.2 RNG k-?模型

2.3.3 k-ω模型

2.3.4 SST k-ω模型

2.4 本章小结

第3章 燃油泵水力计算与结构设计

3.1.1 燃油泵设计参数的确定

3.1.2 燃油泵叶轮主要几何参数的确定

3.2 燃油泵几何模型的建立

3.3 本章小结

第4章 燃油泵空化预测及对流动性能影响

4.1 燃油泵网格划分及网格无关性验证

4.2 数值求解方法

4.2.1 边界条件与交界面设定

4.2.2 求解方法

4.3 燃油泵定常流动数值模拟

4.3.1 非空化流动的计算结果分析

4.3.2 燃油泵空化流动的计算结果分析

4.4 本章小结

第5章 燃油泵空化流场分析及性能优化

5.1.1 叶片数对燃油泵空化性能影响

5.1.2 进口安放角对燃油泵空化性能影响

5.2 转速对燃油泵空化性能影响

5.3 温度对燃油泵空化性能影响

5.4 优化前后空化性能比较和分析

5.5 本章小结

结 论

参考文献

致 谢