后导叶对喷水推进轴流泵性能的影响

通过三维紊流数值计算和模型试验研究后导叶对轴流泵整体性能的影响.计算和泵试验表明,基于RNG k-ε紊流模型的定常流动分析能有效预测高效区内的泵特性.叶轮和导叶之间的轴向间隙为0.1 D时,后导叶对叶轮性能几乎没有影响,后导叶主要以对叶轮出口水流的旋转动能的回收和水力损失的形式对泵的特性产生影响.通过后导叶设计工况的选择,可适应不同的应用要求,实现叶轮和后导叶优化配置的目的.     

叶顶间隙与轴向间距耦合对喷泵流场影响的数值分析

以某艇用喷泵为研究对象,取1mm和1.5mm两种叶顶间隙以及5.6mm、11.2mm、16.8mm三种叶轮-导叶间距耦合,采用剪切应力湍流模型基于CFX软件进行多种流量工况下的流动模拟,分析不同耦合情况对喷泵流场的影响。结果表明:不同的耦合情况均对流场产生明显影响。耦合情况为1-16.8时,喷泵效率最高达到85.08%,相对提升4.44%;耦合情况为1.5-5.6时,吸力面负压区域减少,有利于叶片表面静压分布,但叶轮区域内泄漏流与主流的混渗效应加强;叶顶间隙变大会削弱轴向间距变化对叶顶间隙压差造成的影响。文章从耦合的角度分析,较仅考虑单一因素更为全面。分析结果对于喷泵设计及使用过程中性能变化的分析有一定参考价值。     

叶片厚度对喷水推进轴流泵空化性能的影响

采用三维雷诺平均N-S方程和标准k-ε湍流模型对不同叶轮叶顶厚度参数的喷水推进轴流泵流场和性能进行数值仿真.计算中选取的叶顶厚度参数分别为叶顶最大厚度(3mm、5 mm、7 mm和9mm)和不同叶顶最大厚度位置(20％c、40％c、60％c和80％c).计算结果表明:在小流量工况下,随着叶顶最大厚度的增加,水力效率上升;当流量超过444 kg/s时,水力效率下降,且在相同的流量下,最高效率点下降,抗空化性能下降;随着叶顶最大厚度位置向后移动,喷泵最佳工况区域向小流量方向移动,且最佳工况区范围变窄;当最大叶顶厚度位置靠近进出口位置时,叶片进口侧靠近叶根区域易产生局部空化.由此可知,选择合理叶顶最大厚度位置,可有效提高抗汽蚀特性,避免发生局部空化.     

基于人工神经网络和遗传算法的喷水推进泵叶轮和导叶匹配优化方法研究

为提升喷水推进泵的水力性能,对现有水力模型动叶轮和导叶体的叶片几何形状进行匹配优化设计。该文针对影响喷水推进泵性能的叶轮叶片载荷、导叶叶片载荷、积迭位置等参数,采用拉丁超立方抽样方法进行样本空间采样,应用RANS方程对各样本进行定常数值求解,得到泵的性能参数,基于人工神经网络,建立泵设计参数和性能参数之间的映射响应模型,并以效率最高为目标,采用遗传算法进行优化,获得性能优异的喷水推进泵水力模型。该过程迭代循环自动完成,可缩短水力模型的设计开发周期。结果表明：优化后,在保持泵扬程不变的情况下,内流场显著改善,计算设计点效率达到91.8%,经过试验验证后效率达到88.9%,高效区流量范围拓宽15%。     

船用永磁推力轴承轴向承载特性研究

永磁轴承悬浮时的受力,与磁轴承的结构及永磁体材料参数有关。为了解决永磁轴承在大承载力工况时的应用,本文在已有的简单永磁轴承结构基础上,结合永磁体工作特性,针对一种新的径向磁化永磁推力轴承,使用虚位移法及线性叠加原理,得出了新型永磁推力轴承的数学解析模型。模型表明,在小间隙工况下,轴向承载力随气隙的增大而减小;间隙固定时,轴向承载力随轴向位移增加先增大后减小,存在最大承载力。利用有限元法对轴向磁力进行仿真计算,仿真结果与解析结果基本吻合。     

6500m3/h绞吸船用泥泵四叶片叶轮研发

为适应绞吸挖泥船超长排距时的施工需要,在6500m³/h绞吸挖泥船原三叶片高效高压泥泵的基础上,保证叶轮外形尺寸不变、叶轮流道通过能力不下降的情况下,分别对叶轮轴面和轴面流线进行水力设计,设计叶轮为四叶片扭曲叶片,并结合数值模拟对叶片包角进行优化计算,确定叶片包角为138°。通过模型泵试验,对比测试与模拟计算结果,验证叶轮的水力性能。通过对比四叶片与原三叶片高效高压泥泵的性能参数,预测两者在不同土质、不同排距下的生产率与能耗情况。结果表明,四叶片泥泵扬程比原三叶片高效高压泥泵提高了18 m以上,最高效率达到86%,且通过球径均为425 mm;土质为0.2 mm细砂时,研发泥泵的生产率提高了9%以上,排距提高了14%以上,耗功最小值降低了约3.5%。     

内射流对离心泵汽蚀性能和空化流动的影响

基于标准k-ε湍流模型,结合Zwart-Gerber-Belamri空化模型,对比转速为69的离心泵进行数值模拟,揭示内射流结构对泵内部空化流动的影响机理,比较射流孔径对泵汽蚀性能的影响,分析内射流引起的空化泡形态分布和演变规律.结果表明:射流孔的存在导致泵叶轮流道在进口抽真空状态下更易发生空化,射流孔径越大,对流道中空化发展的影响越强烈;当射流孔直径为6 mm时,在0.8倍、1.2倍和1.4倍设计工况下,模型泵的临界空化余量分别增加17％、69％和5％.由于内射流的轴向速度较大,在剪切层形成局部低压区,其自身更易发生空化.当有效空化余量降低时,在小流量工况下,叶轮进口轴线附近率先出现螺旋型空化带,并逐渐转化为范围更大的空泡团;在大流量工况下,空化发展缓慢,仅发展出空化带结构.     

喷水推进泵相似换算模型试验及性能研究

为了探究喷水推进泵外特性性能与推力性能之间的变化规律,基于水力机械流动相似准则设计得到与原型泵相似的模型泵叶轮,在此基础上开展模型泵的外特性试验并换算得到原型泵的外特性曲线。同时,基于CFX商业软件对喷水推进泵全三维数值计算进行求解,探究不同湍流模型下的数值计算结果和不同转速工况下能量系数KE的变化规律以表征泵的推力性能。结果表明：标准k-ε湍流模型的外特性计算结果与试验结果偏差不超过4.5%,数值计算方法可靠;能量系数KE随流量变化规律与泵效率η相似,但最优工况点存在明显偏差;对于模型泵,其最优推力效率点出现在1 600 r/min附近,这与推力的数值计算结果相一致。由此可推断,采用能量系数KE表征泵的推力特性具有一定的可行性,该方法对于喷水推进泵的设计与优化具有参考价值。     

基于数值试验的喷水推进轴流泵的一体化设计

在给定流量、转速和扬程的设计指标下,综合分析和选取决定叶轮水动力性能的主要几何参数,采用升力法进行喷水推进轴流泵叶轮的水力设计。然后运用CFD方法对所设计轴流泵在设计点水动力性能进行数值模拟,计算结果表明:水力效率和扬程均满足设计要求。此基础上计算得到了该泵的扬程-流量、功率-流量、效率-流量特性曲线,进一步验证设计的合理性。最后将在设计工况下计算得到的水动力载荷导入有限元分析软件进行叶轮应力分析,校核了设计工况下叶片强度;同时,对叶轮进行模态分析,结果显示:所设计叶片固有频率远离轴频、叶频,能很好地避开叶轮共振。     

推进泵快速启动水力特性及流场演变研究

为了提高鱼雷的出管速度,本文基于雷诺时均N-S方程和SST k-ω湍流模型建立鱼雷发射推进泵快速启动瞬态计算模型,采用数值方法研究三种启动时间条件下推进泵的水力特性及流场演变。研究结果表明：随着时间推移,流量和推力持续增加,扬程、轴向力、轴向力矩和功率先增大后减小,效率先增加后保持稳定。扬程、轴向力、轴向力矩和功率在加速结束瞬间存在极大值,且极大值随着启动时间的增大而减小。启动初期,叶轮区域存在严重的来流冲击、流动分离和漩涡结构,随着时间推移,流场逐渐趋于稳定;启动时间对推进泵流场演变具有显著影响,启动时间越小,流场越快达到稳定状态。为保证推进泵在启动过程中无空泡产生、内部流场以较快时间运行至稳定状态,建议以0.2 s启动时间启动推进泵。     

多石底质下耙吸船小流道泥泵的性能调整

针对耙吸船在俄罗斯布朗克工程中疏浚多石底质工况时,频繁出现块石堵泵、堵耙口等严重影响施工生产的难题,对耙吸船泥泵通道的通过能力及耙头格栅进行研究。采用泥泵相似性原理,从泥泵叶轮球面通道尺寸、叶轮切割对泥泵性能影响、叶片切割长度计算、叶轮切割操作等方面进行分析,调整泥泵叶轮通径以适应多石底质复杂工况。通过实施该方法,有效解决了多石底质下耙吸船小流道叶轮施工效率低的难题,单船过泵量平均提高44%,装舱生产率平均提高17%,周期生产率提高11. 5%。     

喷口轴向长度对喷水推进器性能影响的研究

为了了解喷口轴向尺寸对混流式喷水推进器水力性能的影响,运用计算流体力学方法通过求解雷诺时均的控制方程,计算喷口不同长度情况下,喷水推进泵的流场特性。用CFX软件进行后处理,获得喷口轴向长度变化时泵的性能参数,分析发现轴向尺寸对喷水推进器的效率和推力起到重要作用,过短或过长的喷口都会引起推力的减小,混流式喷水推进器最佳的喷口长度约为泵进口直径的35%。     

离心泵口环间隙流动特性的数值模拟

[目的]在开展离心泵的结构设计和性能研究时,往往易忽略口环间隙的影响。口环间隙不仅将改变离心泵的外特性,还将影响其流场分布,故需深入分析离心泵口环间隙的流动特性。[方法]以某型中比转速的立式离心泵作为研究对象,采用ANSYS CFX开展仿真模拟,分析不同口环间隙(0,0.5,0.7,1.06 mm)对离心泵外特性、压力分布和速度分布的影响。[结果]结果表明:不同口环间隙下,离心泵外特性的仿真结果与实验数据基本一致,两者的相对误差小于5%(1.06 mm间隙除外),验证了数值仿真方法的可信度;随着口环间隙的增加,在设计工况下,离心泵的扬程约下降20%,效率约下降19%;小间隙处的叶轮前、后盖板局部压强有所增加,大间隙处的整体压强有所下降,叶轮盖板的径向压强呈不对称分布;口环间隙导致流体内部的湍流紊乱,而离心泵进口和出口处的压强和速度均呈现出不均匀的渐进梯度分布。[结论]研究成果可为离心泵的结构设计和流场特性分析提供参考。     

影响某艇喷水推进器推进性能的若干因素

基于某艇的推进性能需求,以喷水推进器设计工况为分析对象,采用计算流体力学（Computational Fluid Dynamics,CFD）方法,建立计算模型,研究叶轮叶顶间隙、流道格栅密度、艇底水底间距、双泵轴间距等工程应用因素对推进性能的影响,可为某艇喷水推进器的设计、安装与使用等提供合理依据。     

船舶新型水润滑磁液双浮尾轴承承载能力仿真研究

为提高船舶水润滑尾轴承的承载能力,提出新型水润滑磁液双浮尾轴承方案。设计水润滑磁液双浮尾轴承结构,建立双浮轴承磁-流-固多场耦合动力学模型。提出六种磁路布置方案,采用有限元法进行计算。对比各方案磁力,优选磁斥力最大方案。在此基础上,采用有限差分法计算液膜力,与磁斥力叠加得到轴承总承载力,并分析其随轴承间隙的变化规律。研究结果表明：与传统的轴向、径向单一充磁对比,Halbach充磁的磁路方案磁力更大;新型的非完整式磁布置方式比传统的对称布置方案在竖直间隙为0.05 mm时提高磁力17倍,在竖直间隙为0.3 mm时提高磁力40倍;当轴颈与轴承孔间隙大于2.025 mm时,磁力占主导,可用于低速时脱开摩擦副,减少接触摩擦磨损;当轴颈与轴承孔间隙小于2.0216 mm时,水膜力逐渐增大,磁力起到减载作用;在工作间隙下,水膜力刚度系数比磁力刚度系数大2～3个数量级。磁液双浮轴承为提高纯磁轴承的稳定性提供了新的解决思路。     

泵喷推进器水动力噪声的数值预报

泵喷推进器由于其高航速时优异的噪声性能,在核潜艇上已得到广泛应用,对其水动力噪声数值计算方法进行研究具有重要意义。文中首先在利用CFD方法得到固体壁面脉动压力分布的基础上,基于边界元方法完成了静止固体壁面流噪声的计算,结合点源模型并借鉴扇声源理论完成了任意边界条件下旋转声源噪声的计算,并且噪声计算结果与试验值、文献值吻合较好;然后以某泵喷为对象分别计算了泵喷静止部件和旋转部件的水动力噪声,最后对二者声场进行叠加即得到泵喷总噪声。结果表明静止部件噪声宽带总声级在径向最高,旋转部件噪声则在轴向最高;在导叶通过频率及其谐频处,由于叶轮与导管内壁面相互作用区域脉动剧烈,使得导管成为径向测点处噪声的主要贡献者,导叶对总声场的贡献量很小。     

导边形状对轴流式喷泵性能影响的计算分析

以某高速摩托艇喷水推进泵为研究对象,通过数值试验的方法计算分析不同叶轮导边形状对喷泵水力性能和空化性能的影响。以Ka Me Wa71SⅡ型喷水推进器的混流式喷水推进泵为例,采用基于雷诺时均的数值计算方法对其水动力特性进行模拟,对该高速摩托艇叶轮直导边及两种不同程度的修圆的弧形导边的轴流式喷泵性能进行计算,利用CFX软件后处理分析发现导边修圆可以有效改善空化性能,但在小于设计流量时对效率会有一定的不利影响,对功率和扬程的影响很小。     

三转子式比例控制器设计与内泄漏分析

为满足鱼雷热动力系统三组元推进剂高配比精度的要求,基于三转子流量计的工作原理提出三转子式比例控制器,研究其工作时各零部件之间的配合关系,推导配合间隙泄漏量的理论公式,计算不同配合间隙下的理论泄漏量,以此为基础对研制的工程样机进行试验测试。结果表明：所推导的内泄漏量理论公式有助于设计各零部件之间的配合间隙,当三转子式比例控制器配合间隙小于0.02 mm时其理论配比精度才能满足设计要求;定流量工况下三转子式比例控制器样机的配比精度在2.03%以内,验证了配合间隙泄漏量公式的准确性。研究成果为研制新型、高配比精度的比例控制器提供了新方案,有望进一步提升水下热动力系统的品质。     

无轴轮缘推进器的间隙流动功耗与散热

针对间隙流体的摩擦功耗及其对电机散热的影响问题,利用流体计算软件FLUENT计算不同结构参数和工况参数下间隙内的摩擦扭矩变化,并与经验公式得出的结果进行对比分析,结果显示两者相吻合。对考虑电机发热因素间隙流体的温度场分布进行数值计算,分析不同参数对间隙流体温度分布的影响规律。研究结果表明:轴向和径向间隙尺寸越大,间隙流体摩擦功耗均越大,但增大间隙尺寸对电机散热有利,因此间隙尺寸设计需综合考虑功耗、散热和磁场强度等;间隙尺寸和水流速度等是影响间隙流道温度场分布的关键因素,推进器工作产生的推力导致转子轴向移动,间隙流道功耗随之增加,温度场分布也发生变化。     

高比转速轴流式和斜流式泵喷水推进器推进特性分析

对比比转速同为ns=769的两个轴流式叶轮和斜流式叶轮的水力性能和推进性能,分析其做为泵喷水推进器叶轮的适用性。分析结果表明,就所研究的两个叶轮而言,斜流式叶轮的高效区更宽,当做为泵喷水推进器叶轮使用时,轴流式叶轮的结构更紧凑、最大推力更大、最大推功比也更大。因此轴流式叶轮比斜流式叶轮更适合于用做泵喷水推进器的工作叶轮。