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考虑热效应的液氧涡轮泵液封轮内流特性分析
1
作者
王凯
徐敬畏
+4 位作者
赵四维
庄宿国
许开富
陈晖
刘厚林
《推进技术》
北大核心
2025年第5期92-106,共15页
液体火箭发动机液氧涡轮泵在运行过程中时常发生空化现象,复杂的空化流动对液封轮的密封性能造成影响。因此,本文在考虑热力学效应空化模型的基础上,从内部流动的角度深入分析了液氧涡轮泵首级液封轮密封性能和低温空化特性。研究表明:...
液体火箭发动机液氧涡轮泵在运行过程中时常发生空化现象,复杂的空化流动对液封轮的密封性能造成影响。因此,本文在考虑热力学效应空化模型的基础上,从内部流动的角度深入分析了液氧涡轮泵首级液封轮密封性能和低温空化特性。研究表明:与工作介质为液氮的试验结果相比,监测点的温度及压力的最大计算偏差分别为2.17%和6.13%;空化过程中伴随的离心效应促使液封轮后腔内形成汽相,有效抑制了泄漏;在入口压力为2.0 MPa,2.5 MPa,3.0 MPa时,相对于液相条件下的泄漏工况,泄漏流量分别减少了37.12%,46.31%和44.32%;尽管空化有助于减少泄漏,但相较于理想的液相环境,整体的封压能力仍有所下降;泄漏不明显时,汽相会在压力侧形成强烈的诱导涡(IV),而液相则主导产生前向台阶涡(FFSV);泄漏严重时,空化主要集中在槽形结构内部,形成后相台阶涡(BFSV),同时在结构外侧间隙可见片状空化;液封轮内空化主要有槽内空化和外侧间隙的附着空化两种类型;当入口压力较低时,槽内外形成环形的汽液界面,有效阻止了泄漏的发生,然而当入口压力增大后,外侧间隙的环形界面消失,槽内空化被限制在吸力面侧,外侧间隙则形成了以液相为主的泄漏通道。
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关键词
液体火箭发动机
液封轮
液氧涡轮泵
密封性能
低温空化
Omega涡识别
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职称材料
液氧涡轮泵多级液封轮密封空化流动特性分析
被引量：
3
2
作者
王凯
赵四维
+2 位作者
鲍海峰
庄宿国
刘厚林
《推进技术》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2023年第9期75-89,共15页
在考虑低温空化特性的基础上,提出了适用于液氧涡轮泵多级液封轮低温空化流动的数值计算方法,并采用液氮下的试验数据验证了可行性,最后对多级液封轮内低温空化流动及密封特性进行了数值研究。结果表明:与液氮试验值相比,后腔温度及压...
在考虑低温空化特性的基础上,提出了适用于液氧涡轮泵多级液封轮低温空化流动的数值计算方法,并采用液氮下的试验数据验证了可行性,最后对多级液封轮内低温空化流动及密封特性进行了数值研究。结果表明:与液氮试验值相比,后腔温度及压力的最大计算偏差分别为8.2%和6.7%,数值计算方法可行;多级液封轮内汽相体积约为液相体积的2~3倍,一级液封轮起主要密封作用,二级液封轮处于低压汽相环境中,部分工况后腔有局部憋压,可适当增加泄出口数量或直径以避免憋压;流场有-4~9K的温度变化,最高和最低温度分别位于一级、二级液封轮处,体现了低温空化的热力学效应;流场中高熵产率区主要分布于一级液封轮中,是能量损失的主要区域,脉动速度熵产率ΔSD'是熵产率的主要来源;多级液封轮在一级液封轮处形成了稳定的汽液交界面,相变半径由工况Ⅰ至Ⅳ递增,经泄出口排出的均为汽相介质,总流量在0.1~0.44kg/s,流量较小,有效地阻止了液氧的泄漏。
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关键词
多级液封轮
液氧涡轮泵
密封性能
低温空化
熵产率
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职称材料
题名
考虑热效应的液氧涡轮泵液封轮内流特性分析
1
作者
王凯
徐敬畏
赵四维
庄宿国
许开富
陈晖
刘厚林
机构
江苏大学流体机械工程技术研究中心
西北工业大学机电学院
西安航天动力研究所
出处
《推进技术》
北大核心
2025年第5期92-106,共15页
文摘
液体火箭发动机液氧涡轮泵在运行过程中时常发生空化现象,复杂的空化流动对液封轮的密封性能造成影响。因此,本文在考虑热力学效应空化模型的基础上,从内部流动的角度深入分析了液氧涡轮泵首级液封轮密封性能和低温空化特性。研究表明:与工作介质为液氮的试验结果相比,监测点的温度及压力的最大计算偏差分别为2.17%和6.13%;空化过程中伴随的离心效应促使液封轮后腔内形成汽相,有效抑制了泄漏;在入口压力为2.0 MPa,2.5 MPa,3.0 MPa时,相对于液相条件下的泄漏工况,泄漏流量分别减少了37.12%,46.31%和44.32%;尽管空化有助于减少泄漏,但相较于理想的液相环境,整体的封压能力仍有所下降;泄漏不明显时,汽相会在压力侧形成强烈的诱导涡(IV),而液相则主导产生前向台阶涡(FFSV);泄漏严重时,空化主要集中在槽形结构内部,形成后相台阶涡(BFSV),同时在结构外侧间隙可见片状空化;液封轮内空化主要有槽内空化和外侧间隙的附着空化两种类型;当入口压力较低时,槽内外形成环形的汽液界面,有效阻止了泄漏的发生,然而当入口压力增大后,外侧间隙的环形界面消失,槽内空化被限制在吸力面侧,外侧间隙则形成了以液相为主的泄漏通道。
关键词
液体火箭发动机
液封轮
液氧涡轮泵
密封性能
低温空化
Omega涡识别
Keywords
Liquid rocket engine
Liquid-sealing impeller
Liquid oxygen turbopump
Sealing performance
Cryogenic cavitation
Omega vortex identification
分类号
V434.212 [航空宇航科学与技术—航空宇航推进理论与工程]
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职称材料
题名
液氧涡轮泵多级液封轮密封空化流动特性分析
被引量：
3
2
作者
王凯
赵四维
鲍海峰
庄宿国
刘厚林
机构
江苏大学流体机械工程技术研究中心
新乡航空工业(集团)有限公司
西北工业大学机电学院
出处
《推进技术》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2023年第9期75-89,共15页
基金
国家自然科学基金(52179084)
中国博士后科学基金(2021M692709)。
文摘
在考虑低温空化特性的基础上,提出了适用于液氧涡轮泵多级液封轮低温空化流动的数值计算方法,并采用液氮下的试验数据验证了可行性,最后对多级液封轮内低温空化流动及密封特性进行了数值研究。结果表明:与液氮试验值相比,后腔温度及压力的最大计算偏差分别为8.2%和6.7%,数值计算方法可行;多级液封轮内汽相体积约为液相体积的2~3倍,一级液封轮起主要密封作用,二级液封轮处于低压汽相环境中,部分工况后腔有局部憋压,可适当增加泄出口数量或直径以避免憋压;流场有-4~9K的温度变化,最高和最低温度分别位于一级、二级液封轮处,体现了低温空化的热力学效应;流场中高熵产率区主要分布于一级液封轮中,是能量损失的主要区域,脉动速度熵产率ΔSD'是熵产率的主要来源;多级液封轮在一级液封轮处形成了稳定的汽液交界面,相变半径由工况Ⅰ至Ⅳ递增,经泄出口排出的均为汽相介质,总流量在0.1~0.44kg/s,流量较小,有效地阻止了液氧的泄漏。
关键词
多级液封轮
液氧涡轮泵
密封性能
低温空化
熵产率
Keywords
Multistage liquid-sealing impellers
Liquid oxygen turbopump
Sealing performance
Cryo genic cavitation
Entropy generation rate
分类号
V434.212 [航空宇航科学与技术—航空宇航推进理论与工程]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
考虑热效应的液氧涡轮泵液封轮内流特性分析
王凯
徐敬畏
赵四维
庄宿国
许开富
陈晖
刘厚林
《推进技术》
北大核心
2025
0
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职称材料
2
液氧涡轮泵多级液封轮密封空化流动特性分析
王凯
赵四维
鲍海峰
庄宿国
刘厚林
《推进技术》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2023
3
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