[发明专利]对于不同流体、温度及转速的诱导轮空化特性预测方法

说明书

本发明公开对于不同流体、温度及转速的诱导轮空化特性预测方法，属于叶轮机械技术领域。本发明实现方法为：在传统空化数定义基础上进行修正，得到修正后的空化相似参数，选取扬程系数下降预设值m％，根据空化相似时空化相似参数不变的条件建立对于同一诱导轮相同流量系数条件下不同工况的空化数的联系，进而实现通过已知工况下的空化特性曲线来预测未知工况下的空化特性。本发明根据已有的至少两种工况下的诱导轮空化特性曲线，对其他工况下未知的空化特性曲线进行预测，能够减少诱导轮空化特性实验次数和实验成本，进而解决诱导轮空化特性领域相关工程问题。

技术领域

本发明涉及一种对于不同流体、温度及转速的涡轮泵诱导轮空化数值预测方法，属于叶轮机械技术领域。

背景技术

大推力高压液氧煤油补燃循环液体火箭发动机是我国新一代运载火箭的主动力，也是未来载人登月、深空探测等重大航天活动的主推进系统之一。在新一代补燃循环发动机研制过程中，其性能和可靠性提升对核心部件涡轮泵提出了更高的要求，高转速和低入口压力能够有效提高涡轮泵功率、降低储箱压力，从而提升整机性能。但也会使涡轮泵面临更严苛的工作环境，容易在涡轮泵入口处形成空化，因此发动机整机性能的提升要求涡轮泵具有更好的抗空化能力。

在涡轮泵主泵上游安装诱导轮是目前航天工业中比较常见的技术，通过诱导轮对来流进行增压，避免主泵内发生空化。由于具有稠度大、安装角小等特点，诱导轮具有较好的空化性能，能够在一定的空化条件下工作而不发生性能断裂，因此涡轮泵内空化带来的危害一般集中在诱导轮上。我国液氧煤油补燃循环发动机研制过程中多次遇到空化带来的问题，例如空化诱发的流动不稳定现象，长期以来一直是发动机的主要激振源之一，严重制约着我国发动机性能及可靠性的提升。

因为空化包括质量和热量传输，所以液体的物质属性以及流动状态会影响空化过程，进而影响水利机械的空化性能。流体物质属性，流动状态，传热过程组合起来对空化的影响，叫做空化热力学效应。对于以低温流体为介质的诱导轮来说，相同条件下断裂点空化数要低于以水为介质。产生这种空化性能的提升是因为低温介质发生空化时，其相变过程会吸热造成局部温度的下降，局部饱和蒸气压也随着温度的下降而下降。所以对于空化区域的液体来说，更小的饱和蒸气压意味着发生空化受到抑制，诱导轮的空化性能得到提升。因此，一种对于不同温度，流体，流量系数条件下诱导轮空化性能的预测方法就有着重要意义。

发明内容

对于不同流体，不同温度以及不同转速下的诱导轮空化特性，无论是实验还是数值计算，都需要耗费较大的资源才能得到。针对上述技术问题情况，本发明公开对于不同流体、温度及转速的诱导轮空化特性预测方法要解决的技术问题是：根据已有的至少两种工况下的诱导轮空化特性曲线，对其他工况下未知的空化特性曲线进行预测，以节省实验成本和时间。所述至少两种工况下的诱导轮空化特性曲线至少其中一种工况有热力学效应。所述不同工况指由不同流体，不同温度以及不同转速组合而成的不同工况。本发明具有预测效率高和精度高的优点。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

本发明公开对于不同流体、温度及转速的诱导轮空化特性预测方法，在传统空化数σ定义基础上进行修正，得到修正后的空化相似参数σ_C，min；选取预设扬程系数来保证空化的相似；根据空化相似时空化相似参数不变的条件求出已知工况下因饱和蒸气压下降而产生的Δσ_V1或Δσ_V2；选取包含热力学效应对应工况下的Δσ_V1或Δσ_V2作为参考值根据参考值求出待预测的值；根据空化相似时空化相似参数不变的条件求得待预测的σ_pred值；选取不同扬程系数重复上面操作求出不同扬程系数下对应的σ_pred值；在σ-ψ/ψ₀图中将预测点连成曲线得到待预测工况下的空化特性曲线，进而减少诱导轮空化特性实验次数和实验成本，根据预测的其他工况下的空化特性曲线预测诱导轮空化特性，进而解决诱导轮空化特性领域相关工程问题。