题目：液体火箭发动机涡轮泵流动过程的数值模拟研究

涡轮泵是液体火箭发动机的重要组件之一，其性能对于整个液体火箭发动机的性能起着至关重要的作用。涡轮泵属于高速旋转机械，对其内部流动过程的深入研究对于提高涡轮泵的性能具有重要的意义。本论文以泵压式液体火箭发动机中常用的轴流涡轮和离心泵（包括诱导轮）为研究对象，对液体火箭发动机涡轮泵流动过程数值模拟的理论和方法进行研究。采用S1、S2流面理论作为涡轮泵流动过程数值模拟的理论模型，将三维流场分解在两组二维流面上分别进行求解，获得流场的准三维解，流面理论对于轴流式和离心式叶轮机械内部流动的计算都适用。论文分别建立了适用于涡轮和泵（包括诱导轮）S1、S2流面计算的基本方程和计算方程。流面方程的求解采用流线曲率法。涡轮和泵流动过程数值模拟算法的研究是本文的重点。通过DXF图形数据转换文件实现图形与程序的连接，从而完成涡轮泵几何模型的建立。将混合平面法的思想应用于流线曲率法的求解过程中，使涡轮泵内部复杂的非定常问题简化为定常问题。通过临界流量的计算和流动状态的判断，实现了流线曲率法对于涡轮内部跨声速流动的计算。泵流动过程数值模拟根据各部件（诱导轮、导流通道和离心叶轮）不同的结构特点采用模块化计算，使各部件的计算相对独立。流线曲率法对于带有分流叶片离心叶轮的流动计算采用分割区域法，解决了分流叶片处初始流线无法拟定的问题。粘性的影响通过几种损失系数进行修正。本论文开发了液体火箭发动机涡轮泵流动过程数值模拟的计算程序和可视化的仿真软件。软件可用于单级和多级轴流式涡轮内部跨声速流动的准三维计算，以及多种结构形式离心泵内叶轮机械内部流动的准三维计算。参照我国在研大型液体火箭发动机涡轮泵的几何结构，通过仿真软件进行计算和结果分析，计算结果较好地描述了涡轮泵内部的流动情况，为进一步完善涡轮泵设计、提高涡轮泵性能提供了理论依据。