微型低温离心泵叶轮优化设计方法及初步测试验证

摘要

高效微型低温离心泵在航天低温推进剂在轨贮存、液化天然气计量加注等领域有着重要的应用.叶轮是离心泵的核心部件,直接影响泵的扬程、效率和稳定性,其优化设计是关键环节.目前国内外关于低温离心泵叶轮的优化设计多采用基于一元理论和相似理论的模型换算法和速度系数法并结合数值仿真或工程经验进行.为节省研发成本、缩短研制周期,通过CFD仿真,验证了液氮和水两种流动介质下低温泵扬程曲线的相似性以及其他外特性曲线与介质物性参数的关系,采用制作简便的3D打印树脂叶轮进行微型低温离心泵叶轮优化的常温流体试验.在扬程、流量及效率等条件的协同约束下,确定了叶片数为6、叶片包角90°的叶轮最优方案,进而可以替换为金属材质并在后续进行低温工况测试.实验结果表明,本文所提出的微型低温离心泵叶轮快速迭代优化设计方法是可行和实用的.