蜗壳截面形状对舰用离心泵性能特性的影响

为研究蜗壳截面形状对舰用离心泵性能的影响作为后续研究舰用离心泵噪声振动特性的理论依据，在蜗壳基圆、各断面面积、隔舌螺旋角、隔舌安放角和蜗壳出口面积相同的情况下，改变蜗壳截面形状，分别设计A型、B型和C型蜗壳。对3种蜗壳型式离心泵进行数值计算。结果表明，3种型式蜗壳离心泵的外特性变化趋势基本一致。小流量工况的A型蜗壳离心泵效率略小，大流量工况的B型和C型蜗壳离心泵效率小。随着流量的增大，B型和C型蜗壳离心泵效率下降幅度较大。3种型式蜗壳离心泵在相同工况条件下，压力场、速度场、湍动能和空化现象的变化趋势大致相同。3种型式蜗壳离心泵流场特性在隔舌流道和蜗壳流道处均不相同，表明改变蜗壳截面形状主要影响叶轮靠近隔舌流道和蜗壳流道内的流场。     

海流能轮机叶片翼型的水动力学特性模拟

基于卧式海流能发电装置,采用雷诺平均N-S方程,对来流攻角从0°~26°情形下的叶片翼型进行数值模拟,分析比较不同攻角下水动力学特性的变化规律。结果表明:一定范围内增加攻角可有效提高升阻比,但升力系数最大时,升阻比、水翼捕能效率不一定最高,失速角也不一定是最佳攻角,验证了水翼失速的根本原因是边界层的分离;水翼吸力面与压力面的压差较大,此压差为水翼提供较高的升力系数,主要来自于水翼的前半部。此外,还分析了水翼周围流场的速度分布、压力分布等水动力特性与攻角的关系,为设计高效的海流能转换叶片提供了理论参考。     

叶片厚度对混流泵性能的影响研究

采用高质量结构化网格离散混流泵计算域,基于雷诺时均(RANS)方程和剪切应力输运(SST)湍流模型对混流泵内流场进行数值模拟.采用多种定性和定量指标对不同叶轮叶片厚度时混流泵的扬程、功率和效率特性及叶轮进、出口的流场流动情况进行对比分析.结果表明:在相同流量下,随叶轮叶片厚度减薄,泵的扬程和功率增加,且最高效率点向大流量工况偏移,最高效率略有升高;叶轮叶片厚度减薄提高了流场流动均匀度,改善了叶片表面压力分布情况,使空化性能得以改善.     

基于流固耦合的轴流风机结构分析与优化

针对轴流风机出口流量过小,风机效率过低问题,基于计算流体力学理论和Fluent软件,建立轴流风机内部流场数值仿真模型,实验测试与仿真计算值误差为4.3%,验证了数值模型的正确性,为后续优化设计提供了依据.数值仿真结果表明:原风机结构的轴流风扇及导叶设计不合理,气流迹线杂乱,沿程损失大,影响了风机性能.通过优化轴流风扇结构参数,将直导叶变为弯曲导叶,并采用正交试验设计方法对导叶进行了匹配优化设计,优化后的风机气流迹线平稳,出口流量由0.167 7 kg/s增加至0.192 8 kg/s,效率由33.2%提高至51.7%.最后基于流固耦合理论计算了轴流风扇在旋转工作时的应力及位移值,结果表明,风扇强度满足要求.     

调距桨调距过程中叶元体受力的CFD分析方法研究

对调距桨作定距桨工况和作调距桨工况时叶元体水动力进行了CFD计算与分析.叶元体采用NACA4412翼型.采用,k-ε和SST两种湍流模型求解叶元体攻角为6.4°时压力系数分布并与面元法计算结果和实验曲线进行比较,校验了CFD分析方法的可信性.在此基础上对叶元体攻角每改变2°进行一次稳态工况计算,分析调距桨在60°转角范围内叶元体水动力随攻角的变化关系.变化曲线与实验曲线吻合良好,且计算精度要高于面元法程序XFOIL.然后采用滑移网格技术对调距桨整个调距过程进行了动态模拟,并将计算结果与作定距桨使用时的稳态工况值时进行了对比.结果表明:在攻角-12°～18°范围内,叶元体所受水动力、力矩在稳态和动态时的值基本相等.动态时叶元体正负失速角均较稳态延迟2°～4°.在大攻角范围内,叶元体稳态时所受阻力明显较动态时大、升力和制动力矩均较动态时小.研究结果表明现行采用的利用稳态敞水实验值来确定调距机构强度的方法是存在风险的;建议取稳态值和动态值两者中大者为强度设计的基本依据.     

斜流工况下喷水推进系统流场控制体理论模型研究

喷水推进船舶在转向运动时推进器的进流条件与直航状态存在明显差异。基于RANS方法对斜流角在0°～30°范围喷水推进系统的进流和推力特性进行数值模拟。研究表明：随着斜流角的增加，半椭圆形进口获流区的宽度增大而厚度减小，斜流工况下边界层影响系数近似等于直航工况下边界层影响系数与斜流角余弦的乘积。在非空化条件下，当喷水推进船舶作转向运动时，进口流道效率降低是推进器性能下降的主要原因。基于数值模拟结果，建立了斜流工况下喷水推进系统流场控制体理论模型，对经过推进系统的水流进行速度修正和船体边界层修正，提出了斜流工况下推力预估公式并进行了验证。     

基于MATLAB对船用辅助鼓风机性能曲线可视化研究

船用辅助鼓风机(以下简称风机)是在柴油机启动及低速工况为满足扫气系统的要求而附设的一种装置,这种风机与一般离心式通风机有明显不同,在外形尺寸上不仅要满足柴油机的安装要求,在性能上也必须达到给定的A点及B点空气流量和压力以满足柴油机起动及低负荷时对空气量的需求[1]。如何运用一种合理、高效的方法对试验数据的分析,是对风机的设计制造有着十分重要工程应用价值。因此通过运MATLAB可视化编程功能对辅助鼓风机测试数据进行最小二乘法曲线拟合,并对其拟合结果进行了分析, 拟合误差在3% 之内,得到了精准的风机的性能曲线。     

基于格子玻尔兹曼离心泵内部流场数值模拟

格子玻尔兹曼方法(Lattice Boltzmann Method,LBM)作为一种新颖的计算流体动力学方法,能够模拟多种复杂的流体问题。论文采用格子玻尔兹曼无网格方法,利用XFLOW软件对离心泵内部流场进行数值模拟,模拟结果表明:离心泵在出口处压力达到最大值;速度从叶轮进口到叶轮出口逐渐增大,在叶轮出口处达到最大值;湍流强度在设计工况时最弱,在大流量工况和小流量工况湍流强度变大;涡量随着流量的增大也逐渐增大,在蜗壳的出口处表现最为明显。     

海上浮式10 MW级垂直轴风机气动特性

海上浮式垂直轴风机未来在向深远海、大型化、集群化发展的道路上具有广阔的发展前景。文章通过Fluent软件计算出NACA0018和NACA0020共2种翼型的升阻力系数，并对-180°～180°范围内的攻角进行了升阻力系数外推。基于双盘多流管模型和叶素动量理论，分析了叶片的翼型，风轮的高径比、实度，浮台的倾斜程度对垂直轴风机气动性能的影响；确定了10MW级垂直轴风机的初始设计参数。结果表明：翼型是决定风机气动性能的基础，NACA0018翼型具有更优异的气动性能；高径比为1.61，弦长为5.5m的风轮可满足设计需求；浮台倾斜程度增大，风轮功率系数峰值增大、功率峰值降低。     

小舵角工况下吊舱推进器空泡性能试验研究

船舶在航行中需要在小舵角范围内频繁操舵以保持航向,因此在小舵角工况下吊舱推进器的空泡性能尤为重要。通过试验,对小舵角(±5°)范围内吊舱推进器的空泡性能进行了观察。同时,在0°舵角工况下,对船体以及吊舱上螺旋桨诱导的脉动压力进行了测量,验证了吊舱推进器的设计及应用状况。     

基于Boltzmann方法的手动可调螺距桨敞水特性

针对船舶长期服役后出现的船、机、桨不匹配问题,采用Boltzmann方法建立手动可调螺距螺旋桨的数学模型,对手动可调螺距螺旋桨进行敞水特性计算,结果表明:手动可调螺距螺旋桨随着螺距角的增大,其推力、转矩逐渐增大,当进速较小时,桨叶螺距角小的效率高,进速较大时桨叶螺距角大的效率高,并且桨叶螺距角有一定的工作范围,另外随着桨叶螺距的增大,桨叶吸力面低压区逐渐减小,桨叶压力面高压区逐渐增大,叶根及桨毂附近的低压区逐渐减少,手动可调桨发生空化的可能性将降低。     

跨声速射流冲击对挡板作用特性的模拟分析

为了得到跨声速理想膨胀射流冲击对于挡板的压力、驻点位置等规律,对射流角度为45°,60°和90°,射流距离与喷口直径比H/D为4,6,8的模型进行了数值模拟．结果表明：当H/D从4增加到8时,作用力增加约10％,改变的幅度较小;当射流角度从45°增加到90°时,作用力提高大约40％,作用力大小跟射流角度关系较大．射流角度从45°增加到90°时,驻点距离射流中心由0.07～0.10 m减小到0;射流距离变化对驻点的距离影响很小,变化幅度在10％左右．     

耙头高压冲水喷嘴流场数值模拟及分析

针对耙吸挖泥船耙头高压冲水喷嘴流场,采用CFD技术进行喷嘴淹没射流数值模拟计算.分析不同喷嘴直径、不同出口射流速度、不同靶距及不同射流喷射角度条件下的射流压力.其他参数不变的情况下,泥面所受到的压力随射流速度的提高而增大、随喷嘴直径增大而略微增加、随靶距增大而减小.喷射角度为90°、60°和45°时,同等射流速度下喷射...     

压载水处理装置进出口导叶结构优化研究

为了增加压载水在UV杀菌装置内的照射时间、改善流场分布,对杀菌装置设计了旋向相反的进出口导叶。运用FLUENT软件对不同参数导流叶片的过流时间及流场进行了模拟计算,结果显示,在流量和叶片厚度不变时,减少叶片数、增加出口安装角及采用弯曲型导叶,均能增加过流时间。当导叶片数为3片,导叶片厚度为10mm,导叶出口安装角为20°时,海水流过紫外腔时照射时间比没有安装导叶前增加了0.327s,达到了杀菌要求。     

自升式海洋钻井平台固桩架力学性能研究

为了研究SuperM2自升式海洋钻井平台固桩架在预压、作业、暴风自存工况下的力学性能,文中对固桩架采用壳单元,通过建立固桩架、桩腿及支架处的力学模型,确定载荷的分布,并综合考虑了预压、作业、暴风自存各工况下水平载荷与垂直载荷的组合作用以及风载荷与船体夹角的影响,从而研究了固桩架在0°,30°,60°,90°,120°共5个特征角度时的力学特性,并以此为基础论述了船体和桩腿的连接刚度．研究结果表明：当特征角度为30°和90°时,固桩架导向产生最大应力;且在作业及暴风自存工况下,船体和桩腿的连接刚度分别为79．398N／mm和82．445N／mm．     

大型船用轴流风机流场数值仿真及其气动噪声源特性研究

基于Realizable k-e双方程湍流模型,利用CFD软件建立了某型船用轴流风机内部流场的仿真模型,分析了转速1460rpm时,不同工况下轴流风机出口压力和效率随流量的变化关系,深入研究了叶轮区域的气体流动的压力和速度的分布、形成过程及相互关系。分析发现,在叶片叶顶区域,由叶顶间隙涡形成的叶顶间隙噪声是该轴流风机的主要气动噪声源;湍流强度与声功率级具有较为一致的分布趋势,湍流强度是影响噪声分布的重要因素。研究结果对分析大型船用轴流风机气动噪声产生机理具有参考价值,并为降低其噪声提供依据。     

三维竖轴潮流水轮机水动力性能研究

竖轴水轮机作为潮流能转换为电能的核心装置,其水动力性能的优劣将会直接影响到整体发电系统的效率。为了研究大型竖轴水轮机叶片安装角对水轮机水动力性能的影响,基于多参考系模型(MRF),采用Fluent软件对流场中的模型进行3D数值模拟。在转速和来流速度保持不变,改变安装角时,分析同种翼型5个不同安装角叶片对潮流能水轮机的水动力性能的影响。同时分析在同一安装角和旋转速度条件下,不同来流速度对水轮机水动力性能的影响。结果表明,叶片安装角对竖轴潮流水轮机的能量利用率影响较大,来流速度对水轮机叶片表面的静压力和输出功率具有一定的影响。研究结果对今后竖轴水轮机的设计和生产具有借鉴意义。     

波浪入射角度和周期对系泊船舶运动影响的数值模拟研究

基于MIKE 21 Mooring Analysis系泊分析软件,模拟研究在不同周期和入射角度的不规则波作用下系泊船舶运动的变化规律。结果表明,系泊船舶运动量随波浪入射角度和波浪周期的变化相互影响。在不同周期波浪作用下的系泊船横移、横摇和升沉运动量均随波浪入射角度的增大而增大,横摇运动的共振效果随着波浪入射角度远离90°方向逐渐减弱,升沉运动量在波浪入射角度靠近90°或0°方向时基本不变。当入射波浪周期较长时,纵移和回转运动量随着波浪入射角度的增大先增大后减小,一般在波浪60°入射时产生峰值。     

导流帽对螺旋桨水动力性能的影响研究

采用CFD仿真方法研究了安装在调距桨油缸外的导流帽对螺旋桨水动力性能的影响,研究发现导流帽对桨叶受力影响较小,但导流帽降低了桨毂的阻力,使得整个推力增大,推进效率有所提高。进速系数较大时,导流帽对叶根区域压力分布有一定影响,但总的来说导流帽对叶根区域流动影响较小。     

离心风机的内部流场数值模拟及噪声预估

建立后向板型叶片离心风机的流场模型,运用非结构化网格对流场模型进行网格划分,流场模拟的湍流模型采用标准k-ε模型,风机旋转区与非旋转区的耦合采用移动参考坐标系模型MRF,利用Fluent流体分析软件对离心风机的三维流场进行模拟仿真,得出叶轮、蜗壳的速度、压力等分布云图,在此基础上,运用数值计算方法对所研究的离心风机进行噪声预算,结果表明：考虑蜗壳与叶轮之间的区域计算所得流场更加符合实际工况;叶轮对气流做功,叶片根部气体的速度最小,叶片边缘处速度最大;蜗壳内侧的静压与全压均偏低;蜗壳的静压与动压在蜗舌区域均发生突变。研究结果有助于了解风机内部流场的运动规律,为风机结构优化及噪声优化研究提供参考。