柴油机喷油泵柱塞穴蚀成因与预防措施研究

针对柴油机柱塞式喷油泵柱塞穴蚀现象,建立喷油泵柱塞偶件模型,利用计算流体力学技术对喷油泵腔内燃油压力场与速度场进行计算,研究柱塞螺旋槽与套筒回油孔处穴蚀形成机理。提出减轻穴蚀影响的预防措施,以提高喷油泵工作效率,延长其使用寿命。     

高频振动对柴油机湿式气缸套穴蚀的影响

从气缸套的高频振动入手,分析气缸套穴蚀的产生机理,试验证明穴蚀的根本原因是活塞敲击缸套使缸套产生高频振动,从而使缸套水腔中冷却水产生穴蚀气泡.提出改善缸套振动、抑制气缸套穴蚀的措施.     

壁面展向周期振动减阻机理及其二维波谱分析

利用直接数值模拟(DNS)对壁面作展向周期运动的槽道湍流进行研究,建立了槽道湍流数据库.通过改变振幅大小和振动周期,可以使壁面摩擦阻力明显减少.随着平均减阻率的增加,壁面阻力随时间的变化也更加稳定并呈现出较大周期的变化.将一个典型的阻力变化周期分成三个不同区域进行讨论,对湍流脉动能的二维波谱进行了定量分析,进一步揭示出壁面展向周期振动抑制湍流、实现减阻的内在机理.     

确定空间分布的展向Lorentz力作用下槽道湍流的壁面减阻

文章采用直接数值模拟方法,对具有确定空间分布的展向Lorentz力作用下槽道湍流的壁面减阻效果和减阻机理进行了研究,讨论了电磁力强度A和流向波数kx对湍流流场的展向速度、条带、流向涡、Reynolds应力分布和壁面减阻率的影响.结果表明,湍流固有流场和电磁力诱导流场之间相互调制,存在最优参数A、kx,使得诱导流场主宰壁面边界层,减阻效果最好.     

微气泡减阻的二相湍流边界层模型计算

利用边界层中注入微气泡来降低固体壁面摩擦阻力是一项有实用价值且有待进一步研究的减阻技术.本文以含微气泡的湍流边界层为研究对象,以气液二相流理论为基础,对二相湍流边界层控制方程进行了详细讨论,并利用差分网格法进行了求解,计算结果表明微气泡具有明显的减阻效果.最后对影响减阻效果的因素进行了分析,指出了今后的研究方向.     

粗糙带对绕平头回转体初生空化流动特性的影响研究

为了探讨表面粗糙度对空化初生特性的作用效果,本文针对平头回转体开展了在不同粗糙带高度条件下的初生空化流动特性的数值研究。结果表明：数值计算得到的空泡形态、回转体表面速度分布以及流场中的时均涡量分布均与实验吻合较好;与无粗糙带条件相比,增加粗糙带会改变初生空穴的分布规律和近壁面的流场结构,当粗糙带高度较小时,初生空穴的形成、溃灭位置距回转体头部及近壁面较远;增设适当高度的粗糙带可以提高近壁面流场压力,降低流场内的水蒸气含量,从而抑制空化初生,减小空化流场局部区域的压力脉动。     

含微气泡二相湍流边界层减阻理论计算

利用边界层中注入微气泡降低固体壁面摩擦阻力的方法是一项有实用价值且有待进一步研究的减阻技术.本文以含有微气泡的湍流边界层为研究对象,以气液二相流理论为基础,建立了二相湍流边界层控制方程,在对控制方程进行详细讨论的基础上,利用差分网格法进行了求解,计算结果表明微气泡具有明显的减阻效果.最后对影响减阻效果的因素进行了分析,并指出了今后的研究方向.     

舰船发动机缸套穴蚀的分析

文章分析了舰船发动机缸套穴蚀产生的原因及影响因素,综述了缸套穴蚀的预防措施和处理方法和缸套穴蚀的数值计算分析,并结合目前的研究现状,对穴蚀的研究进行了评价。     

柴油机气缸套穴蚀的成因以及预防措施

研究柴油机气缸套穴蚀现象,从穴蚀成因机理入手,分析了引起气缸套穴蚀的原因,即空泡腐蚀、电化学腐蚀和其它腐蚀,结合柴油机主要部件结构、冷却水系统、柴油机工况的影响,提出一系列防止穴蚀的产生和扩大的行之有效的方法,并对已经产生穴蚀的气缸套提出一系列建议,对减少柴油机的机械故障和延长机械寿命有着十分重要的意义.     

基于AUTODYN的气泡与固定壁面相互作用数值模拟

阐述了AUTODYN软件模拟水下爆炸气泡的原理及过程,通过球对称模型以及重力场中气泡的实验数据与AUTODYN计算结果的对比,验证其在计算气泡脉动时间和压力等方面的计算精度,并以此为基础研究近壁面水下爆炸气泡的动力学特征以及影响因素,包括无量纲距离对气泡形状的影响,固壁面对气泡最大半径、脉动周期和射流时间的影响,以及近固壁面气泡射流速度及压力的变化等,总结相关规律,为气泡的数值模拟研究提供参考。     

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。     

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。     

混合驱动水下滑翔机动力学建模与海试研究

  目的  浮力调节系统是控制水下滑翔机潜浮状态及滑翔速度的关键组件。为了深入研究浮力调节系统,  方法  通过对水下滑翔机及其浮力调节系统的理论分析和CFD计算,以获得浮力调节量这一重要的设计参数。研制了具有出油和回油两通路的浮力调节系统、采用高压柱塞泵实现在深水环境下向外出油、低能耗齿轮泵实现在浅水环境下回油的浮力调节系统。在不同压力环境下对出油和回油特性及其能耗进行实验测试。  结果  结果表明：在2.5 MPa压力环境下,浮力调节系统出油过程正常;在大气压力环境下,浮力调节系统的回油过程正常,所研制的实验装置可模拟水下滑翔机实际运行环境的海洋压力。  结论  研制工作可为浮力调节系统的工程应用提供有益参考。     

泵喷推进器抗空化性能分析

为改善泵喷推进器抗空化性能以提高舰艇推进器空化初始航速,在验证所用方法可信性的基础上,运用三维反问题设计方法及计算流体力学方法对某排水型船进行泵喷推进器大样本优化设计。结果表明:泵喷推进器低压区的存在形式有3种,即大面积存在、局部存在、在叶片导边和导管进口外壁面呈线状分布;从尺寸选型、叶片负载分布、毂径比、入流角4个方面进行优化设计后,泵喷推进器抗空化性能明显提高。所总结的优化设计方法同样适用于泵喷推进器及导管桨等类似结构推进器的抗空化性能改善。     

水力式升船机泄水阀门掺气减蚀措施

针对某水力式升船机调试阶段出现的输水阀门空化和振动问题,通过比尺为1∶10.667的阀门段常压及减压恒定流水力学物理模型,对水力式升船机高水头泄水阀门流量系数、阀后空化形态及特性进行了研究,在此基础上提出掺气减免泄水阀门段空化的工程措施。通过减压试验验证每只阀门掺气量0.1 m~3/s后,阀门段空化噪声基本消除、振动下降明显,掺气措施减免和抑制空化效果显著。     

舷侧阀通海口结构形式对声学性能的影响

船舶内部包含大量的管路系统,舷侧阀排出口的结构形式直接影响船舶整体减振降噪的效果。选取实船典型管路系统的出口通海口结构为研究对象,建立通海口、管路系统、泵、船体外壳模型,利用数值仿真软件Fluent分析通海口结构的流场稳定性以及外部流场声压。通过研究多种通海口结构优化方案,明确了通海口声学性能较优的低噪声通海口。并分析了管路系统换装低噪声通海口后,整体管路系统中的通海口区域流场水动力噪声性能的变化规律。结果表明:相较实船通海口,低噪声通海口能有效增加通海口内部流场的稳定性,降低外部流场声压,有一定的降噪效果。     

涂层对空化流动特性影响的实验研究

利用实验的方法研究了涂层对绕水翼空化流动特性的影响。分别针对喷涂环氧涂层和氟碳涂层的 Clark-Y 型水翼,采用高速摄像装置观察了不同空化阶段的空化流动形态。研究结果表明：（1）在初生空化阶段,当σ=1.82时,沿环氧涂层水翼表面展向排列着初生空泡,而氟碳涂层水翼还处于无空化状态,说明相对于环氧涂层,氟碳涂层对空化现象的产生有一定的抑制作用,氟碳涂层水翼初生空化数为1.50;（2）在片状附着型阶段,当σ小于1.63时,绕环氧涂层水翼的空化先于氟碳涂层水翼发展至片状空化,绕水翼空化流动产生大量分散空泡,沿水翼表面向后运动过程中逐渐长大,在高压区溃灭后形成小空泡并以马蹄涡形式继续运动。同一空化数下,绕环氧涂层水翼空化流动的空泡长度大于氟碳涂层水翼。但随空化数降低,两者空泡长度逐渐接近,说明环氧涂层在片状空化阶段对空化的抑制作用逐渐增强;（3）σ=0.87时空化发展至云状空化阶段,空化流动伴随周期性的云状空泡的脱落,绕环氧涂层水翼的空化流动周期及无量纲空化面积均小于氟碳涂层水翼,说明涂层对空化的非定常变化也有一定的抑制作用,且环氧涂层强于氟碳涂层。     

通气空泡流中洞壁效应对空化数和压力场影响的研究

文章在均质平衡多相流模型的基础上耦合输运方程型空化模型,通过求解混合介质的RANS方程、RNG k-ε湍流输运方程以及各相的质量输运方程,采用通用CFD软件—FLUENT数值模拟了水洞中带圆盘空化器航行体模型的定常通气空泡流动,研究了圆形截面闭式空泡水洞中洞壁效应对通气空化数和压力场的影响。得到的阻塞空化数线性正比于圆盘水洞直径比,且与三维圆盘自然空泡流的势流近似解基本一致,分析了洞壁效应作用下空化流场内的压力分布特点,并根据计算结果拟合了一定适用条件下通气空泡长度、最大直径和模型阻力系数的近似公式。     

热管锅炉给水系统中的空蚀条件

本文研究了热管锅炉给水系统中的空化现象。研究结果表明,在沸腾的流体中,有可能出现临界空泡。文中导出了能预估过冷沸腾条件下空泡的发生和成长的Sigma表达式。分析结果表明,从空蚀的观点出发,在流体的工作压力被指定后,合理地选取气-液型热管式换热器的工作温度是很重要的。