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串列泵水力性能分析及优化

刘雷鸣  
【摘要】:串列泵是两级动叶直接串联后接上后置导叶的轴流泵型,具有轴向尺寸短、流量系数大、空化性能好、效率高等优点,适用于装甲车喷水推进器等对尺寸和功率密度要求高的场合,因此串列泵的研究非常具有工程意义。由于相比普通双级泵缺少中间导叶的整流作用,其泵内流场与性能存在一定特殊性,然而目前对串列泵的研究尚不足。基于上述原因,本文主要结合CFD技术和代理模型方法,对串列泵性能及流场特性进行了研究,主要内容及成果如下:基于标准k-ε湍流模型和均相流模型建立了一套串列泵水力性能CFD数值计算方法,据此对串列泵及其两级叶轮的外特性和空化特性进行了预测,研究了两级间性能相互影响的关系。通过改变首级叶轮出口安放角和次级叶轮进口安放角,预测了结构参数改变对串列泵性能及内部流场的影响,指出首级叶轮出口安放角是影响两级叶轮外特性以及串列泵空化特性的关键因素,串列泵外特性的提升依靠首、次级外特性的合理配比。据此提出了针对性改善串列泵性能的技术途径,研究了串列泵外特性与空化特性之间的关系,指出串列泵外特性和空化特性之间存在的结构性矛盾,两者难以共同显著增长。建立了一套基于代理模型的串列泵多目标参数优化方法,根据不同需求得到了三个性能针对性改善的模型,经数值实验验证了优化方法的有效性。提出首、次级叶轮设计工况下扬程之比可以作为衡量串列泵外特性和空化特性是否均衡的指标性参数,均衡扬程比为3:5。


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