船用离心风机壁面周向压力脉动测试及分析

为分析蜗壳壁面动态压力沿周向的变化规律,搭建离心风机实验台,利用高频动态压力传感器对离心风机蜗壳壁面沿周向11个位置动态压力进行了测量。通过对测量结果的分析、处理,分析各位置不稳定流动情况以及涡流脉动强度,确定了压力脉动数值最大位置,得出了动态压力大小及频率组成沿风机周向的变化规律。     

离心通风机压力脉动形成原因及典型位置的脉动特性

对某型离心风机内部流场进行非定常仿真计算,对内部流动分离、压力变化和压力分布等进行分析,探索压力脉动的产生原因。在此基础上,近蜗舌区域压力脉动量值分析,获得离心风机内部典型位置的压力脉动沿轴向分布特性和频率特性,为离心通风机气动激励的改善及减振降噪提供参考。     

后置定子泵喷推进器压力脉动特性分析

基于改进的延迟分离涡模型对后置定子泵喷推进器瞬态流场进行数值模拟,所得推力计算值与试验值最大误差为4.68%,验证数值模拟的可靠性。分析泵喷推进器近流场压力脉动时频域特性,研究多工况下后置定子表面压力系数、声压脉动时均值的分布规律。结果表明,泵喷推进器内压力脉动主要受转子影响,脉动周期与转子旋转周期一致,频域峰值出现在低频段且均为转子叶片通过频率的整数倍;后置定子平衡转子扭矩的做功区集中在定子前缘,并沿弦向贡献逐渐降低,尾缘约1.8%定子弦长位置对平衡扭矩近乎无贡献;前缘是定子噪声的主要贡献源,在高进速系数下,尾缘表现为定子噪声的次要贡献源,随着进速系数的降低,尾缘对定子噪声贡献逐渐降低。     

非均匀流中E779A螺旋桨空化涡流演变及压力脉动数值分析

本文对E779A螺旋桨非定常空化流动进行了数值模拟研究,通过对螺旋桨流场中的压力脉动及涡量场的分析,探讨了空化对压力脉动以及涡流场的影响。计算中采用了k-ωSST湍流模型和Zwart-Gerber-Belamri空化模型。数值模拟的结果表明：预测的非定常空化形态与试验结果基本一致;周期性演变的非定常空化会诱发大幅度周期性变化的压力脉动。此外,本文使用了相对涡量输运方程进行进一步分析,结果表明,空化引起的涡量拉伸、收缩膨胀和斜压力矩会促进涡的产生和发展,从而加剧流场的不稳定性。     

船用离心风机叶片开槽对气流流动特性的影响

提出船用离心风机叶片开槽处理技术,以改善叶轮通道气体流场。利用商用CFD软件,分别对某型离心风机原始叶轮和开槽叶片叶轮进行三维数值模拟,并详细对比分析了2种叶轮模拟结果。结果表明:开槽处理可抑制射流-尾迹现象进而减小由此引起的叶片尾缘漩涡,并减弱通道内漩涡,从而提高通道内流场稳定性,增加通道流通面积,并且在一定范围内提高叶轮性能。     

斜流下螺旋桨空泡及脉动压力数值预报研究

空泡性能是船舶螺旋桨重要的水动力性能之一。由于桨轴存在倾斜安装角,船舶在水面航行时,螺旋桨的进流条件主要为斜流工况。为研究斜流工况下螺旋桨的空泡形态及空泡脉动压力特性,论文基于黏流CFD方法针对PC456螺旋桨标模开展了斜流下螺旋桨空泡及脉动压力数值模拟研究,并与大型空泡水筒中的斜流螺旋桨空泡试验结果进行了比较。结果表明,数值预报的空泡形态、面积和平板表面脉动压力与试验观测及测量的结果吻合较好,验证了数值模拟方法的可靠性。     

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。     

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。     

螺旋桨空泡与脉动压力及振动特性研究

为了提高螺旋桨效率,在船舶螺旋桨设计中通常会增大桨叶梢部载荷。桨叶在旋转过程中不断地重复进入和退出船体尾流场,使得梢涡空泡容易发生猝发(bursting)现象;另外由于尺度效应的存在使得梢涡空泡在实船螺旋桨上比模型试验观测到的更为强烈,猝发现象更容易发生并且更为剧烈;当梢涡空泡猝发产生时将引起脉动压力高阶量或宽带谱的增大,从而引起相应的船体振动或严重的噪声。本文通过对3 600箱集装箱船实船螺旋桨梢涡空泡猝发现象与脉动压力、振动等特性关系的分析,研究了螺旋桨梢涡空泡猝发引起的脉动压力高阶量或宽带谱特性以及相应的振动等特性。结果表明:船体振动宽带谱特性与螺旋桨梢涡空泡的猝发有关;螺旋桨梢涡空泡猝发引起的船体振动高阶量特性比脉动压力高阶量更为强烈。     

螺旋桨脉动压力及噪声特性的数值模拟研究

采用LES方法结合FW-H声学模型计算分析了螺旋桨的近场脉动压力和远场声辐射特性。近场脉动压力分析结果表明:脉动压力频谱特性在桨盘面和桨轴方向存在差异,脉动压力幅值随着距离增大迅速衰减;若要得到螺旋桨远场辐射噪声,声压接收点的位置需至少距离螺旋桨10倍直径。远场噪声指向性分析结果发现:声压总级在桨轴纵向平面呈现椭圆形分布,轴向总声级比盘面周向大。此外,噪声频谱特性的分析结果发现,桨盘面和桨轴方向声辐射频率特性也存在差异。     

一种新型一体化船用离心通风机的设计计算和试验验证

针对实船通风机尺寸大、安装困难的问题,本文提出了一种新型离心通风机结构。通过叶片、蜗壳和电机等通风机关键部件的一体化融合设计,大大降低了设备尺寸。数值计算和样机试验结果表明,在尺寸优化的情况下,新研离心通风机的性能达到了使用要求。该型一体化离心通风机结构能很好地解决船用电动离心通风机性能需求与尺寸要求之间的矛盾。     

船用离心泵压力脉动与振动信号的相干分析研究

非定常流动是引起泵振动的主要因素之一,为了明确压力脉动与振动之间的关联关系,搭建了闭式实验系统,对一台船用离心泵进行压力脉动和振动的同步测量。基于快速傅里叶变换获得了各监测点压力脉动、基脚振动信号的频谱特性及功率谱特性;通过计算压力脉动信号与振动信号的相干函数,并通过比较不同测点的相干系数大小,分析了压力脉动对振动的贡献。结果表明,压力脉动与振动均在轴频、叶频及其高次谐波等离散频率下能量突出;不同频率下各测点的压力脉动对泵振动的影响存在差异,其中进口压力脉动在600-700Hz及900-1000Hz频段对振动影响最大;隔舌压力脉动在0-600Hz及700-900Hz频段对振动影响最大;出口压力脉动在轴频的高次谐波等个别频率处对振动有一定影响。相干分析可作为建立压力脉动与振动信号之间关联关系的一种有效手段,由此为进一步离心泵内部流场改善及减振提供参考。     

水下爆炸气泡脉动载荷影响因素分析

水下爆炸中的气泡脉动载荷是造成舰船总体毁伤的主要原因,气泡载荷的准确预报对舰船抗冲击设计研究具有重要意义。基于势流理论,建立考虑气泡迁移效应、自由表面效应的水下爆炸气泡脉动模型。通过不同药量和气泡沉深的算例,对迁移效应和自由表面效应这两种影响因素进行比较分析,详细讨论两种因素对气泡脉动的影响。最后,将气泡脉动载荷的数值计算结果与经验公式进行对比和验证,结果吻合良好。算例表明,考虑迁移效应、自由表面效应的气泡脉动模型可以对中场水下爆炸气泡脉动载荷提供较准确的预报。     

锥柱耐压壳典型焊接接头残余应力研究

高强度钢材料对焊接残余应力非常敏感,显著影响了高强度钢锥柱耐压壳结构的安全可靠性及使用寿命,有必要针对这类壳体典型焊接接头的残余应力进行分析研究。本文首先基于有限元软件ANSYS的参数化语言APDL开发相应的焊接模拟程序,对高强度钢锥柱耐压壳典型焊接接头模型的焊接过程进行数值模拟,得到其焊接残余应力的应力水平及分布规律;然后采用X射线无损检测方法测量焊缝区域的残余应力。结果显示：焊缝附近区域存在较大焊接残余应力,其值随着与焊缝中心线距离的增加而迅速降低,数值模拟结果与试验结果基本吻合。     

三峡下游非恒定流的数值模拟

对三峡坝区下游的黄陵庙至南津关长约28.5 km的河段进行了一维和二维非恒定流数值模拟。文中采用Presimann四点偏心隐式差分求解一维非恒定流,采用正交曲线坐标系下二维水深平均数学模型进行二维非恒定流计算。根据实测资料,由河段上、下游的黄陵庙、南津关(二)水位站测定的水位过程给定水位边界条件,通过河段中的莲沱、石牌、平善坝水位站的实测水位过程以及黄陵庙(陡)水文站实测的流量过程进行模型验证,结果表明一维和二维数模计算出的水位、流量过程与实测值符合良好。由于二维计算时间远大于一维,因此在拟定和优化三峡—葛洲坝联合调峰运行方案时可主要采用一维非恒定流模型,在某些工况下,因通航限制而需要限定局部河段流速时可采用二维非恒定流模型。     

残余应力对水下耐压结构典型焊接接头疲劳强度的影响

水下耐压结构典型焊接接头模型常采用高强度钢建造,对焊接残余应力较为敏感,因此有必要针对残余应力对其疲劳强度的影响进行相关研究。采用ANSYS的APDL语言编程,通过数值模拟分析得到典型焊接接头的焊接残余应力;并基于局部应力—应变法,对水下耐压结构典型焊接接头考虑与不考虑残余应力这2种情况下结构的疲劳寿命进行数值分析。研究发现:典型焊接接头在凹锥面焊缝附近其残余应力最大,寿命最短;其寿命周期为104,属低周疲劳范围;随着外载荷的增加,疲劳寿命最小值也随之减小;残余应力的存在会明显降低典型焊接接头的疲劳寿命。     

压力波动对喷嘴内流场及喷油规律影响的仿真研究

采用模糊PID控制策略模拟共轨管内的燃油压力作为边界条件,对不同尺寸喷嘴进行CFD流场计算,研究高压共轨压力波动对喷嘴内部流场及喷油规律的影响,结果可对各孔流量的均匀性和下游的喷雾特性研究提供更真实的边界条件,供喷嘴结构参数的优化设计参考。     

离心泵叶轮进口前非定常流动研究

以一离心泵为对象,进行模型泵叶轮进口前非定常流动的PIV试验及数值模拟。基于PIV试验结果可知,在不同流量工况下,吸入管内均存在着较为强烈的预旋流动,预旋流的方向与叶轮旋转方向一致。且泵偏离设计流量工况越大、与叶轮距离越近,预旋流的绝对速度越大。同时,应用数值模拟的方法,详细分析了吸入管内部流场中涡线、压力脉动等的非定常变化,得出在小流量工况下,吸入管内非定常预旋流动将会引起与叶轮转频较为接近的压力脉动,从而对整个泵系统造成严重危害。     

实尺度喷水推进船拖泵工况数值模拟与分析

对于四泵推进的喷水推进船,在巡航工况时中间加速泵通常处于锁轴状态,其拖曳阻力的大小对喷水推进器的选型以及船泵机的最优匹配有着重要影响。然而,拖泵阻力很难通过船模试验的方法获得。为此,该研究在验证均匀和非均匀条件喷水推进器数值模型的准确性基础上,采用数值试验的方法对18节航速下某双泵推进喷水推进船的实尺度"船体+两台喷水推进器"系统带自由液面的流场进行了数值模拟,计算此时喷泵拖曳阻力及其所占船体阻力的百分比。以此喷泵拖曳阻力作为参考,对尺寸与上述喷水推进泵相近的某四泵推进喷水推进船的喷泵进行了选型和设计,并对该船在18节航速下加速泵拖曳阻力的大小进行了计算,进一步验证选型时拖曳阻力取值的合理性。为消除尺度效应的影响采用实尺度模型对"船体+四台喷水推进器"系统带自由液面的非定常流场进行计算,并探索了大尺度条件下船泵系统考虑自由液面和重力影响的非定常计算方法。