基于PumpLinx的鱼雷齿轮泵内部流场及流量特性的仿真分析

为研究转速与流体介质对齿轮泵性能的影响,运用PumpLinx软件对齿轮泵内部流场及其流量进行瞬态仿真分析,并与试验数据进行对比,分析转速与流体介质对齿轮泵内部压力场及输出特性的影响。数值结果表明:齿轮泵平均流量与试验数据吻合较好,入口流量随时间呈锯齿状波动,出口流量则呈波浪状的较小波动,而且流量脉动率随转速的增大而减小;齿轮泵内压力从低压腔呈阶梯状向高压腔过渡,且入口易因超低压而出现空化现象,导致其压力脉动率高于出口。此外,流体介质为水时的流量脉动率略低于油。研究结果为降低鱼雷齿轮泵的振动和噪声等危害提供了理论指导。     

压力式喷嘴在压力脉动下性能的研究

以机械压力喷嘴为研究对象,应用VOF模型对脉动压力下的喷嘴内部流场进行了数值模拟,分析了喷嘴在脉动压力下的流量、雾化角等特性。结果表明：脉动压力下瞬时流量和雾化角呈现相同频率的脉动,且平均流量基本在设计流量附近。流量的振幅随脉动频率的变化,呈现出先增大后减小的趋势,并在400Hz时达到最大值;入口压力与出口流量的相位差随频率的增大而增加,且近乎线性关系,脉动压力的幅值对相位差影响不大。     

鱼雷发动机三组元比例控制器数值模拟

利用计算流体力学软件Pumplinx模拟鱼雷发动机中三组元比例控制器的内部流场,分析计算中不同压差情况下对比例控制器性能的影响,以及叶片与定子间间隙大小对于比例控制器性能的影响,同时对不同叶片数目下性能进行对比。计算结果表明:由于比例控制器为被动旋转马达结构,其转速和流量均随时间呈周期性脉动变化,随着工作压差增大,转速脉动幅度基本保持不变,而流量和扭矩脉动幅值增加;随着间隙增大,泄漏量增大,但流量、扭矩、转速脉动幅值大幅降低,出口流量较为平稳;叶片数目增多后比例控制器转速降低、排量降低。由计算结果推断出目前比例控制器的最优叶片数目为4。本文可为进一步研究比例控制器精度问题提供参考。     

基于流体-结构耦合振动的液压脉动滤波器试验研究

分析了船上泵源液压系统压力脉动产生的原因及频率成分。根据气体消声器的原理,结合液压系统高压、大流量等工作特点,设计和制造了一种基于流体-结构(fluid-structure)耦合振动的结构共振式液压脉动滤波器,并推导出其波动衰减的传递矩阵模型。通过调整液压泵转速来改变压力脉动频率,在液压系统压力脉动试验平台上进行了三组对比试验。试验表明,当滤波器的结构振动体固有共振频率与系统频率接近时,系统的脉动能量得到有效衰减,系统的压力波动幅度和脉动率大幅降低。试验结果验证了结构共振式液压脉动滤波器的使用效能和存在的不足,它为液压系统振动控制提供了新的技术手段。     

鱼雷海水管路的流体力学分析

管路系统的辐射噪声在军事上已成为衡量现代鱼雷总体先进程度的重要标志之一。针对鱼雷海水管路脉动压力大、引发辐射噪声显著的特点,本文利用流体力学(CFD)软件进行分析,得出流体速度与管壁压力随入口流量的变化规律,总结了引起脉动压力变化的原因。理论分析和仿真实验结果表明:管路设计中应避免使用弯管,减小压力脉动。     

带前置支撑导管桨导管脉动压力特性试验研究

应用微型脉动压力传感器对某带前置支撑导管桨航行器的导管脉动压力进行了测量,介绍了试验设备、试验方法和数据处理方法,并分析了导管脉动压力的频域特性,获得了脉动压力沿导管内壁周向和轴向的分布规律,以及水速、桨叶主参数对导管脉动压力的影响,可为推进器性能优化设计提供必要的数据支撑。结果表明:导管脉动压力线谱主要与桨叶叶频倍数相关,以一阶叶频为主;导管桨盘面处各周向测点脉动压力量值相当,无明显差异;轴向位置导管脉动压力在桨叶梢部弦长中点附近处最大,沿轴向随距离增加衰减迅速,且在导管出口段衰减比入口段更快;不同水速时导管脉动压力分布规律一致,随水速变大导管脉动压力迅速增加;桨叶直径与最大导管脉动压力之间线性关系显著。     

三维陷落腔脉动压力分布特性实验研究

文章针对均匀流场中三维深型陷落腔因流分离而产生的流激振荡问题开展了一系列的实验研究.在来流流速为0攻角时实验时的雷诺数变化范围:Re=1.55×105～8.74×105.实验中分别测量了三维深型陷落腔侧壁周向及垂向流体压力,分析了腔体内脉动压力周向、垂向的分布规律及腔口处剪切层自持振荡特性.实验结果表明:均匀流场中三维深型陷落腔内脉动压力分布较为复杂.在剪切层随边处的脉动压力最大,随边角点处脉动压力随相对高度的增加而陡降为0,但腔口导边及侧面处的脉动压力随相对高度增加而略有增大.剪切层自持振荡频率的无量纲数St数随Re变化为一常数值,但其值比气流场中二维陷落腔的St数略大.     

不同攻角时等高型陷落腔流激振荡特性研究

针对均匀流场中三维等高型陷落腔因分离流而产生的流激振荡问题开展了系列的实验研究。实验过程中分别考虑了来流攻角为0°和15°时、雷诺数变化范围(Re=2.06.105～1.16.106)时三维等高型陷落腔的流激振荡特性。实验中分别测量了三维腔体侧壁周向及垂向流体压力,在分析腔体内稳态压力和脉动压力的周向、垂向分布规律及腔口剪切层自持振荡特性的基础上,研究了攻角对流体压力分布和剪切层振荡频率特性的影响。实验结果表明:均匀流场中三维陷落腔内部压力分布复杂且当雷诺数大于某值时腔体内稳态压力全都呈现出负压,同时来流攻角的增加使腔口导边、随边和腔体内稳态压力明显地减小,顶流点处的稳态压力随相对高度增加先减小后增大。攻角的增加使剪切层振荡频率减小,但并未影响剪切层振频无量纲St数随流速的变化规律。     

螺旋桨诱导船体表面脉动压力预报的试验研究

研究了螺旋桨诱导的船体表面脉动压力试验预报值随空气含量变化的规律及螺旋桨模型空泡形态随含气量变化的规律,并与实桨空泡对比分析;探索了脉动压力试验预报与实桨测量值最接近的空气含量控制准则;比较了螺旋桨模型在船模伴流场和修正后的伴流场中工作时,螺旋桨诱导的船体表面脉动压力预报值及螺旋桨模型空泡形态,与实船测量观察结果进行对比,并就伴流场修正对螺旋桨诱导的船体表面脉动压力试验预报的影响作了探讨;研究了螺旋桨诱导的船体表面脉动压力的预报值随桨模试验转速变化的规律。     

孔腔脉动压力及其波数—频率谱的大涡模拟研究

孔腔流动中包含着流动分离和失稳以及涡旋相互干扰等复杂的流动现象。孔腔涡旋流动引起的流体振荡能够引起脉动压力的显著增加从而产生强烈的噪声,在工程实际中备受关注。湍流脉动压力是流激噪声的重要来源,也是湍流研究中的基础性问题,对其进行数值计算研究是流声耦合领域的重要内容,而湍流脉动压力波数—频率谱的构建更是该领域的技术难点。文章采用大涡模拟方法(LES)对孔腔脉动压力进行了数值模拟,考察了四套网格和四种亚格子应力模型对计算结果的影响,并与试验结果进行比较,验证数值计算方法的可靠性。首先采用大涡模拟方法计算了孔腔的脉动压力,并与中国船舶科学研究中心的空泡水筒试验结果进行对比分析。接着详细地分析孔腔脉动压力,研究亚格子应力模型和网格数量对计算结果的影响。最后,对数值计算得到的脉动压力多元阵列结果进行时间/空间Fourier变换,构建了三维脉动压力波数-频率谱。该文工作对今后流激结构振动噪声的预报和流动控制研究奠定了基础。     

船后喷水推进器水下辐射噪声源脉动流场的数值计算

为避免尺度效应对噪声性能的影响,文章研究探索了在实尺度条件下装船后喷水推进器噪声声源的数值计算方法。首先,基于分离涡模型对国外某喷水推进泵内部非定常流场进行了数值模拟,将计算得到的不同转速下泵的功率值与厂商提供数据进行对比,最大误差在2.0%以内,验证了数值计算方法的准确性和有效性。其次,完成了实尺度条件下某"船体+喷水推进泵+进水流道"系统带自由液面的非定常流场的数值计算。提取了实船条件下喷水推进器流道进口处的不均匀速度场,将其加载到单个喷水推进器数值计算模型的进口边界。进而,采用分离涡模型对该船后"喷水推进泵+进水流道"内部非定常流场脉动压力进行数值计算,分析了各个特征截面压力脉动的频域特性,为下一步准确计算喷水推进器噪声提供了有效的脉动流场信息。     

周期性波动管流的压降研究

Experiments were conducted to study characteristics of flow when flow is fluctuating. The experimental results showed a phase difference between the flow rate and the pressure drop fluctuations. This phase difference between the fluctuating flow rate and pressure drop was analyzed for laminar flow. Analysis showed that the phase difference changes with the period of the flow fluctuation, the pipe radius, the density and the dynamic viscosity of the liquid. Fluctuating pipe flow was then numerically simulated. Results of the numerical simulation were compared with theoretical values and experimental results. It was shown that, when the flow rate fluctuates with time as a sine wave, the pressure drop fluctuates with the same periodicity, and there is a phase difference between them.     

单扩张腔消声器流场特性与温度场研究

以某型船用排气消声器为研究对象,为改善流体阻力对船舶柴油机的功率影响及消声器表面热辐射造成的机舱通风的影响,对其单扩张腔消声器的阻力损失与表面温度场进行了详细的分析与研究。利用大型通用CFD流体计算软件对消声器的流体流动与表面温度场进行了分析计算,通过适当改变内部内插管的布置,可有效改善内部紊流流场,降低消声器的流动阻力;通过包覆一定厚度的隔热材料,可有效降低消声器表面温度,降低热辐射。     

离心泵水动力噪声计算方法研究

离心泵作为舰船重要的流体机械,也是管路系统中主要噪声源之一。泵内流动诱发噪声的计算难点在于流噪声声源的准确模拟和边界条件的确定。文中采用CFD方法计算泵内流场并根据FW-H方程提取叶轮转动偶极子声源和蜗壳内表面偶极子声源;基于管道测试技术获得泵进出口边界条件,建立了以蜗壳为界的边界元模型,考虑了蜗壳对声传播的散射作用。通过内域声学直接边界元方法求解泵内声场,建立了离心泵水动力噪声的计算方法。通过试验测试对建立的计算方法进行了验证。计算分析表明:离心泵内主要噪声源为蜗壳表面偶极子声源;泵出口噪声大于入口,具有偶极子声源特性。     

燃气轮机进气系统过滤结构数值模拟

针对某型燃气轮机陆上试验的进气系统,布置不同过滤结构模型,采用CFD数值模拟计算方法,分析了三种过滤结构对进气系统流场、燃机进口空气速度均匀性、总压损失等参数影响。结果表明：在低进气流量下,过滤结构产生的总压损失占据主导位置,随着进气流量的增加,进气室稳压室向燃机进口直管收缩产生的压损更为明显。两侧分布式过滤结构降低了燃机进口空气速度的不均匀度,并有效降低了总压损失。     

基于数值试验及实船试航的喷水推进器改型设计

采用基于雷诺时均法的SST湍流模型对"某轴流式喷水推进泵+进水流道+船体"系统进行数值计算,查找出了该喷水推进泵和进水流道设计存在的一些问题。依据该船体阻力、设计航速和主机功率等参数重新对该船喷水推进器进行选型,进而运用三元的方法对喷水推进泵进行设计,利用参数化设计的方法对流道进行设计。采用了数值试验的方法校核新设计的混流式喷水推进器流体动力性能,计算结果表明:新设计喷水推进泵和进水流道性能优异,并且能够较好地满足快速性指标。最后,对改进设计的喷水推进器进行了快速性预报和实船试航,试航结果表明新设计混流式喷水推进器推进航速超过设计航速9.4%,并且数值预报航速与试航结果误差为1.5%,这既验证了设计方法的有效性,也验证了所采用的数值模型的准确性。     

水面舰船流噪声数值预报研究与应用

在梳理流噪声数值预报方法的基础上,采用流场大涡模拟（large eddy simulation,LES）和声学边界元（boundary element method,BEM）方法在频域内计算预报了船体流噪声谱曲线,求取了其等效声中心.LES计算时选用动力学Smagorinsky-Lilly（dynamic Smagorinsky-Lilly,DSM）亚格子应力模型,流噪声由船体壁面脉动压力和法向速度特性决定,声源节点和声节点变量传递采用一对一的守恒传递方式.结果表明：某型船在航速14 kn时,裸船体流噪声在20 Hz~2 kHz频段内总声源级为133dB;当计算有效频段扩展到20 kHz时,总声源级达143.3 dB.流噪声主要来源于兴波引起的涡量,且主要集中于100 Hz~10 kHz频段.球首尾流区和船体尾涡区对流噪声辐射量贡献明显,特别是球首尾流区,对全频段都有明显的贡献,为水面舰艇流噪声研究提供了一条新的途径.     

基于FEM/BEM的船用水泵流动诱发振动噪声计算分析

离心水泵是舰船上面重要的流体机械,广泛应用于船舶冷却系统、舱底压载系统、循环水系统及消防系统。同时离心泵也是舰船管路噪声源之一,影响着船舶运行环境舒适性与舰船的安全隐蔽性。本文利用fluent软件计算流场非定常过程中叶轮所受时域脉动压力,并提出优化方案。将其作为激励源加载到水泵电机有限元模型上,采用隐式有限元法计算泵组表面振动速度与机脚处加速度,估算泵组振动烈度。将有限元振动速度导入Virtual.Lab软件,采用声学边界元计算泵组的空气噪声辐射。计算结果表明,泵组出水口处与机脚处振动噪声较大,应采用相关的减振降噪技术。     

进气道气流折转角度对压气机进口流场均匀性影响

以燃气轮机进气竖井转折角度变化对压气机进口速度场均匀性影响为出发点.建立了七个不同进气转折角的进气道模型,采用数值模拟的方法,从进气流场均匀性和进气阻力两个方面对不同模型进行计算分析,得到了进气竖井气流折转角度的变化对于压气机进口流场均匀性的影响规律,以及对整个流场的阻力特性的影响.研究成果为设计制造高性能的船用燃气轮机进气道提供比较可靠的依据.