题目：液氧泵流场计算与改进设计

氢氧发动机在航天领域具有重要的作用，是航天推进技术的重要基础。涡轮泵装置应用于氢氧发动机系统，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。液氧泵的性能对整个涡轮泵系统有着至关重要的作用。 通过流场计算方法对液氧泵进行性能预测和分析，可以作为现有模型试验的有效辅助手段。在流场计算基础上对结构进行改进设计，然后再通过计算来验证设想，可以缩短研制周期，提高设计精度和设计水平，大大节省人力和时间成本。 本文研究对象为某氢氧火箭发动机液氧泵。在液氧泵的流场计算过程中发现，蜗壳的蜗室、锥管内存在比较明显的漩涡，这会增加水力损失，降低泵的效率。本文对蜗壳截面形状、蜗壳截面面积变化规律以及扩压器等方面进行研究，提出了改进方案。计算结果显示，梯形截面水力损失和原方案基本相当，圆形截面造型简单，但水力损失稍大，具体采用何种蜗壳截面形状可根据泵的结构和制造工艺来考虑。选取合适的截面面积变化规律可以使水力损失显著减小。扩压叶片与隔舌相对位置对扩散段流场的分布有影响，适当调整可以减少水力损失。综合各种方法，蜗壳最终改进方案总压损失减小0.223MPa,相比原方案减小达到21.8%，改进效果明显。 诱导轮内由于汽蚀引发的一系列破坏问题，也是液氧泵运行中所存在的主要问题之一。目前，提高诱导轮汽蚀性能是水力机械设计人员十分关注的课题。为了提高诱导轮汽蚀，本文对诱导轮壳体开槽以及对诱导轮叶片打孔等进行了研究，并提出了改进方案。流场计算结果表明，开槽深度和开槽的轴向长度越大，越能够提高诱导轮汽蚀性能。打孔研究表明，虽然打孔也能提高诱导轮汽蚀性能，但是效果却不及开槽方案。本文所作的工作，在一定程度上改善了诱导轮汽蚀性能。