题目：离心泵性能分析与优化设计

涡轮泵装置应用于液体火箭发动机系统，不但可以降低推进剂贮箱压力，减小发动机的结构质量，从而增加发动机的有效载荷；而且可以大幅度提高燃烧室压力，获得更好的燃烧性能，得到更高的比冲。提高涡轮和泵的效率是提高发动机比冲的主要措施，特别是液氢泵效率的提高更为突出，因为液氢泵的功率占氢氧涡轮泵功率的百分比高达80%左右。本文的研究对象为某氢氧火箭发动机液氢泵，是一台两级离心泵，其过流部件由诱导轮、一级叶轮、级间壳体、二级叶轮、蜗壳五部分组成。文章对液氢泵原方案进行了多工况下的稳态不可压数值模拟，对其扬程、效率等性能进行了评估。发现存在的问题是：诱导轮效率低，蜗壳损失大，因而降低了液氢泵的效率。将原方案的等螺距诱导轮改用效率较高的变螺距诱导轮，并通过流场对比分析了两者之间的性能差异；改用变螺距诱导轮后，诱导轮效率提高了6.51%。对叶片扩压器式蜗壳，研究了蜗室截面和扩压器对其性能的影响，并对蜗室截面和扩压器进行了改进设计，做了6个改进方案，改进后，蜗壳损失降低了6.53%。并研究了变螺距诱导轮设计过程的效率选取问题。然后将原方案的诱导轮和蜗壳替换为改进后方案，进行了数值模拟，并与改进前方案进行了比较。结果显示，对诱导轮和蜗壳进行改进后，泵的效率提高了1.2%，泵内流动更加均匀。本文的最后针对诱导轮设计与造型的复杂性与低效性，整理了变螺距诱导轮的设计方法，编写了变螺距诱导轮设计与造型软件。利用该软件可以很方便地完成变螺距诱导轮的设计与三维造型。