基于CFD的喷水推进器流道与喷口优化

为提高喷水推进器的水动力性能,对喷水推进器的流道与喷口进行了基于数值计算的优化研究.对一台喷水推进泵模型进行了敞水性能数值计算,验证了数值计算方法的准确性和有效性.对喷水推进器流道以及喷口进行参数化的几何重构和优化计算,考察流道与喷口参数对推进性能的影响.研究结果表明:在设计航速下,优化后的喷水推进器的转矩基本没变,推...     

基于流道倾角对喷水推进泵流道性能的影响研究

利用参数化方法设计了4种不同流道倾角的喷水推进泵椭圆形进水流道,并采用三维雷诺平均NS方程和RNGκ-ε湍流模型对其流场和性能进行数值仿真。从流道的出流均匀性、流动分离方面来分析在保持进口速比不变,不同流道倾角时流道内流场的变化情况,为喷水推进器进水流道倾角的设计提供依据。计算结果表明:流道倾角对喷水推进泵水力性能和流场变化影响较大。在设定进速比的条件下,随着流道倾角的增大,喷水推进泵流道出口的流场均匀性变差,流道内部更容易发生流动分离现象,且在流道倾角为47°时的喷水推进泵在设计工况下的流场特性最差。     

基于流道倾角对喷水推进泵流道性能的影响研究

利用参数化方法设计了4种不同流道倾角的喷水推进泵椭圆形进水流道,并采用三维雷诺平均N-S方程和RNGκ-ε湍流模型对其流场和性能进行数值仿真.从流道的出流均匀性、流动分离方面来分析在保持进口速比不变,不同流道倾角时流道内流场的变化情况,为喷水推进器进水流道倾角的设计提供依据.计算结果表明:流道倾角对喷水推进泵水力性能和流场变化影响较大.在设定进速比的条件下,随着流道倾角的增大,喷水推进泵流道出口的流场均匀性变差,流道内部更容易发生流动分离现象,且在流道倾角为47°时的喷水推进泵在设计工况下的流场特性最差.     

喷水推进技术发展综述

该文针对喷水推进系统的控制体、推力表征、喷水推进与相互影响等基础理论研究,喷水推进泵、进口流道、操舵倒航机构、低噪声推进器等喷水推进系统的核心设计方法、相关仿真评估与试验验证手段,以及喷水推进装置在高速军、民船舶与两栖车辆三大领域的典型应用现状,进行了系统性论述。根据喷水推进技术特点以及其与现代技术发展的融合,提出了喷水推进与船体一体化系统设计、水动力设计从宏观走向微观、喷水推进数字化与智能化技术、集成电力驱动的喷水推进系统、面向隐身需求的喷水推进协调设计等喷水推进技术发展趋势。     

限制水域下喷水推进器水动力特性研究

本研究采用数值模拟方法对无限水域和限制水域中喷水推进装置的水动力特性进行对比分析，开展不同水深条件下喷水推进器进流特性、进口流道效率和推进泵水力特性研究，并据此评估开式循环水槽环境下水槽侧壁和底面限制对喷水推进装置水动力性能的影响。数值计算结果表明：限制水域下喷水推进船底部和水槽底面间水流因阻塞效应使速度增加产生回流，水槽侧壁对自由液面兴波产生反射，随着水深减小，流道进口获流区平均轴向速度明显增加；不同水深吃水比下，进水流道出口非均匀度增加，但进口流道效率变化不大；相比于无限水域条件，限制水域中推进泵流量系数、扬程系数和泵效率的预报结果偏高1%～2%。     

喷水推进器进口流道水动力性能分析

[目的]研究喷水推进器进口流道主参数对其性能的影响,为喷水推进器设计提供依据.[方法]基于STAR-CCM+商业软件,通过定常雷诺平均NS方程(RANS),数值模拟分析不同进速比(IVR)工况下喷水推进器进口流道轴线高度和进流角度对其水动力性能的影响,并根据国际拖曳水池会议(ITTC)的不确定度分析规程进行数值不确定度...     

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。     

船舶高速喷水动力推进器设计与仿真分析

随着喷水推动技术和喷水推进器制作技术的发展,越来越多船舶采用喷水式推进方式.基于An-sys仿真软件,对进水流道、叶轮和导轮、喷泵喷嘴以及船舶倒车机构进行设计原理分析和仿真研究.结果表明,进水流道、叶轮和导轮、喷泵喷嘴以及船舶倒车机构对高速喷水动力推进器性能具有显著影响,优化结构尺寸能够提高喷水推进器性能.结合不同控制...     

仿生学原理在进水流道结构设计中的应用

用常规方法为某高速巡逻艇设计了喷水推进泵和进水流道,将其安装于该艇后通过数字自航发现艇底高速水流进入流道后难以充满整个流道及喷泵。运用流动类比分析法,分析流量不足、推力减小的原因:流道高度偏大、流道长度偏短、流道背部形状不适用于高速进流条件。通过改进设计:降低流道高度、增大流道长度、利用原流道内自然流动中最佳流线形状构成流道背部形状以及进水流道与艇体的连接,这显著改善了"艇体-进水流道-喷泵"流场性能及推进性能。     

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。     

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。     

基于三元可控速度矩法的水下航行体推进泵参数化设计方法

随着水下航行体对推进器高性能和低噪声要求与日俱增,迫切需要研究适用于水下航行体的推进泵.本文选出影响水下航行体推进泵水动力性能的主要参数,基于三元可控速度矩方法,编写Matlab程序对推进泵进行参数化设计,并结合CFD数值模拟方法进行设计优化与试验验证.CFD计算结果表明模型泵水力效率能达到83%,达到设计目标并准确把握了设计工况点,验证了本方法的可靠性,为开发高性能水下航行体推进泵奠定基础.     

基于RANS 升力法的轴流泵多方案优化设计

传统升力法参考与设计泵性能接近的母型泵以完成两栖车喷水推进轴流泵设计,该方法设计的轴流泵水动力性能存在缺陷和不足,本文基于RANS法,借助于商用软件ICEM（前处理）和CFX（后处理）对传统升力法设计的轴流泵水动力性能缺陷和不足进行改进。在验证RANS法准确性的前提下,在某型两栖车喷水推进器的升力法设计过程中,母型泵与设计泵性能参数相差较大的情况下,通过RANS法对影响轴流泵水动力性能的相关参数进行优化,表明通过弦长优化方案和翼型拱度优化方案的轴流泵改进设计均能达到预期优化目标,其弦长变化比 或拱度变化比 时,其轴流泵的水动力性能较佳,满足最终设计方案需求。     

喷水推进三体船阻力与自航数值模拟研究

建立考虑纵倾角及重心升沉等姿态变化的喷水推进三体船阻力数值计算方法,并与船模拖曳阻力试验进行对比,再开展船模自航试验的数值模拟,分析数值计算与模型试验的误差。通过数值模拟可以进一步得到喷水推进器上各部件的受力情况、泵的流量、扬程及其他流场信息,为研究船体与喷水推进装置的相互作用影响规律以及喷水推进与高速三体船的总体匹配设计提供参考。     

喷水推进混流泵叶轮三元可控速度矩设计

本文介绍了混流泵叶轮叶片一种准三元设计法。以速度矩Vur为控制变量,通过正反问题迭代计算从而构制出叶片,力求使叶轮叶片形状与叶轮内实际流态相吻合,从而得到性能优异的混流泵。     

喷水推进混流泵流体动力性能的CFD研究

采用CFD方法研究KaMeWa公司的某型喷水推进混流泵的流体动力性能,并分析其内部流场特性。通过几何建模,将泵划分为进口、叶轮、导叶体和喷口四部分。分别采用结构化网格离散计算区域。应用k-ε和k-ω相结合的SST湍流模型封闭控制方程,采用全隐式多区域网格耦合求解。预报其功率、扬程、效率等特性,将泵功率的计算结果与该泵厂家试验数据进行比较,误差在2%以内。说明本研究采用的CFD方法预报该泵的流体动力性能真实可信。根据计算结果,对内流场的流线和叶片表面的压力分布做了详细分析。     

导边与随边设计对喷水推进泵性能的影响

采用相同的叶片轴面流线载荷分布和叶轮出口环量分布规律,改变导边与随边位置设计出多个喷水推进泵叶轮。基于雷诺时均的N-S方程、SST湍流模型和多重参考坐标系对叶轮内流场进行数值模拟,结果表明：导边向进口适度延伸可减小叶片进口边的载荷,利于提高空化性能,但效率有所降低;随边倾斜参数与叶轮出口的轴面速度分布和叶片表面的压力分布特性关联。     

低振动噪声船用离心泵的水力设计

随着现代船舶对运行环境舒适性要求的提高,船用泵设备的振动噪声控制已显得越来越重要.泵内水流脉动是船用离心泵的最主要振动噪声源,故降低泵内流动脉动是低噪声泵设计的关键之一.该文基于CFD性能预报的叶片泵现代设计方法,对某型船用立式离心泵进行了低振动、低噪声的改型设计.改型设计方案采取了一系列有利于降低泵内流动脉动措施,包括应用双流道蜗壳、增加泵叶梢与蜗舌的间隙、适当增加叶片数、叶片侧斜等.改型设计方案的CFD性能预报结果表明,泵内流动的不稳定性得到了明显改善.进一步的实泵试验台架对比试验结果表明,改型泵的水力性能优于原泵,而一阶叶频流噪声较原泵有大幅降低,获得了6dB以上的改善.     

125SⅡ型喷水推进泵水动力性能的CFD预报研究

以71SII型喷水推进泵为母型,运用相似理论、CFD数值模拟及试验数据校核相结合的方法,预报了某型船拟使用的同系列的125SII型喷水推进泵的水动力性能。通过CFD分析不仅获得了125SII泵的各种性能,如流量、扬程、功率、效率等,而且还能反映泵内流场细节,便于模型的优化。本研究的意义在于,在没有125SII泵的几何图纸的情况下,运用相似理论从71SII泵的几何模型推得125SII泵的几何模型,据此在方案设计阶段可对新设计船进行快速性预报。结果表明,对由71SII泵的几何模型等比例放大得到的125SII泵模型进行CFD计算所得的不同转速下的功率与由71SII泵的试验P-n曲线通过相似换算所得的各转速下的功率,两者之间的相对误差在7%以内,这表明由71SII泵的几何模型等比例放大得到的125SII泵几何模型及相关的数值模拟是可信的。     

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。