一体式航空燃油离心泵内流场数值模拟

２０１５年４月

第３３卷第２期

西北工业大学学报

ＪｏｕｒｎａｌｏｆＮｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ

Ａｐｒ．Ｖｏｌ．３３２０１５

Ｎｏ．２

收稿日期：２０１４?０９?３０

作者简介：李嘉（１９８９ ），西北工业大学博士研究生，主要从事航空发动机控制研究三

一体式航空燃油离心泵内流场数值模拟

李嘉１，李华聪１，符江锋１，王淑红２

１．西北工业大学动力与能源学院，陕西西安一７１００７２２．中航工业西安航空动力控制科技有限公司，陕西西安一８０００７７?è???

÷摘一要：采用多块拓扑结构和八叉树格式构建的混合网格，通过数值计算对某型诱导轮与叶轮一体式离心泵内流场性能进行了分析研究，仿真结果表明：不同计算工况下仿真数据与试验数据扬程值误差小于１％二效率值误差小于５％，即所使用的数值方法能够准确地模拟该型离心泵性能和内流场三进一步的仿真分析表明：一体式叶轮进口长度较大使得各个流量工况下离心泵叶轮内压力有明显的非对称性；隔舌处叶轮通道内压力变化最为剧烈，且在大流量工况下压力低于其它流量压力；叶片压力侧固定位置处有低速团的产生，叶片背力侧入口附近也容易产生低速流团三

关一键一词：航空发动机；航空燃油离心泵；诱导轮与叶轮一体式；数值模拟；内流场；混合网格中图分类号：Ｖ２２８．１一一一文献标志码：Ａ一一一文章编号：１０００?２７５８（２０１５）０２?０２７８?０６一一在航空发动机附件中，离心泵可以提供可靠的前级压力三因此，对高性能燃油离心泵内流场性能进行分析研究，满足航空发动机进一步发展，是一项重要的研究课题［１?２］三在发动机起动阶段，普通离心泵出口压力小，难以满足燃油系统对喷油压力的要求，新型的诱导轮与叶轮一体式航空燃油离心泵进口诱导轮叶片与叶轮长叶片型线平稳过渡，设计为一体形式，在发动机起动阶段燃油能够供给充足的燃油，且提高了离心泵的各个工作状态下的效率和抗汽蚀性能［３］，因此，进行新型离心泵的数值模拟工作尤为必要三

航空燃油离心泵内流场受离心力和科氏力的相互作用强烈，使得泵的三维建模和内部的流场异常复杂［４］，依靠传统的理论和试验方法对其进行研究存在较大困难，因此研究人员对离心泵叶轮以及内部流场仿真展开了大量的研究工作三国外对离心泵内部数值模拟的研究很多，Ｓｈａｈ通过ＣＦＤ技术研究了离心泵汽蚀两相分布的数值模拟预测技术

［５］

，

Ｈｗａｙａｎｇ等人针对离心泵的抗汽蚀性能进行了参数优化研究［６］，Ｋｕｒｏｋａｗａ研究了离心泵叶轮出口的流动特点［７］，并给出了合理的优化建议，Ｍａｒｘ针对前置诱导轮的离心泵进行了非定常数值研究［８］，郭晓

梅等人分析了前置不同类型的诱导轮对高速离心泵旋转空化特性的影响［９］三然而对诱导轮与叶轮一体式航空燃油离心泵进行高效二可靠的研究并不多三诱导轮与叶轮一体式航空燃油离心泵与传统航空燃油离心泵相比，具有更宽泛的流量工况，且各个工况下提供了高效稳定的出口压力，采用了诱导轮与叶轮一体化设计的多级导流结构三叶轮分为正反两侧叶片；轮缘直径比传统组装结构的离心泵更小；采用引射器连接了蜗壳进口与泵进口三其中叶轮二蜗壳以及引射器的合理匹配设计，是保障和提高泵的效率二增压能力以及抗汽蚀特性的关键技术三数值模拟是研究离心泵的常规方法，尤其对该型复杂结构的离心泵，通过高精度的建模技术及ＣＦＤ数值模拟，能够有效研究叶轮二蜗壳以及引射器内部流动特性与汽液两相分布状态，对离心泵的合理匹配设计具有重要意义三目前国内公开发表的诱导轮与叶轮一体式航空燃油离心泵的相关研究成果很少，因此还需进一步开展研究工作三

为此，本文针对诱导轮与叶轮一体式离心泵的性能进行了数值模拟三采用混合网格模型划分离心泵的三维模型，使用计算流体力学软件Ｐｕｍｐｌｉｎｘ［１０］对离心泵的内部流场进行了数值模拟三与试验数据