考虑热效应的液氧涡轮泵液封轮内流特性分析

作     者：王凯 徐敬畏 赵四维 庄宿国 许开福 陈晖 刘厚林 

作者机构：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 版 物：《推进技术》 (Journal of Propulsion Technology)

年 卷 期：2024年

核心收录：

学科分类：080703[工学-动力机械及工程] 08[工学] 082502[工学-航空宇航推进理论与工程] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 

主　　题：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 

摘      要：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。