喷水推进泵空化性能数值模拟与试验验证

为研究喷水推进泵空化性能,采用计算流体力学(CFD)方法对自行设计的喷水推进泵内部空化流场进行了数值计算与分析。用六面体结构化网格对喷水推进泵的进流管道、叶轮、导叶体和出流管道进行网格划分;通过求解由SST湍流模型封闭的RANS方程计算得到喷水推进泵内部流场,计算得到的扬程、功率和效率特性曲线与试验结果吻合较好。文中还对多个流量的空化性能进行了数值预报,计算结果与试验数据在趋势上具有一致性;小流量工况的临界净正吸头与试验值误差较小,而大流量工况的临界净正吸头与试验值误差较大。研究结果表明:采用CFD方法预报喷水推进泵内部空化流场和空化性能是可行的,可作为喷水推进泵优化设计的有效途径。     

叶轮叶顶厚度对喷水推进轴流泵空化性能的影响研究

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。结果表明:叶顶最大厚度对喷水推进泵的空化特性产生一定影响,当叶顶最大厚度增加时,在小流量工况,其水力效率上升;当流量超过444 kg/s,特别是超过额定流量时,其水力效率反而下降,且在相同的流量下,最高效率点降低。随叶顶最大厚度的增加,喷泵扬程减小,抗空化性能下降,汽蚀比转速减小。因此,本文选择的叶顶最大厚度为3 mm。选择合理叶顶最大厚度,可有效提高抗汽蚀特性,避免发生局部空化。     

喷水推进泵空化预测原理和方法的研究

文章在介绍喷水推进在国内外的最新应用后,着重分析喷水推进系统在舰船上的应用所带来的新特点,即极易进入空化区。根据舰船动力装置机舱自动化的设计规范中的有关监测报警系统的设计要求,文章提出了喷水推进泵空化预测原理和方法研究的必要性。     

基于LabVIEW的喷水推进泵空化在线监测系统

采用LabVIEW图形化编程软件构建了喷水推进泵空化在线监测系统平台,利用安装在喷水推进泵叶轮进口前的水听器和泵壳体上的加速度传感器分别获取泵内水声信号和壳体振动信号,选用特征频带的声压级和振动加速度级作为空化在线监测的特征量,并通过实测数据分析确定了对应的空化报警阈值。实船试验结果表明,该监测系统能够对喷水推进泵的空化状态进行实时有效的监测。     

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.     

喷水推进器空化监测技术研究

由于喷水推进船良好的快速性、机动性、高效率和低噪声,喷水推进技术在现代舰船上的应用越来越广泛.但喷水推进器在运行过程中容易进入空化区,影响其推进性能和使用寿命.建立空化监测系统是目前解决这一问题最有效的方法.喷水推进器的空化特性同螺旋桨的有较大差异,目前尚未进行深入的研究.本文分析了喷水推进器的空化特性,阐述了其空化监测的机理,建立了空化监测系统,对喷水推进器空化监测技术进行了研究.空化监测的关键在于选择合适的空化监测参数,选取适当的测量位置,以及采用有效的信号分析处理方法来进行空化特征的提取.     

不同工况下喷水推进泵内流性能研究

为研究不同工况下喷水推进泵的内流性能,以轴流式喷水推进泵为研究对象,运用Ansys18.2流体计算软件模拟了不同转速和不同航速下喷水推进泵内的内流场,分析了喷水推进泵的转速和航速变化对其能量特性和内部流动的影响.数值计算结果表明:喷水推进泵的推力与航速呈负相关,与转速呈正相关;随着船舶航速的增大,喷水推进泵进水流道内的流速逐渐增大,叶轮进口速度的高速区面积有所增大,导叶出口速度分布的周期性逐渐减弱;随着转速的增加,叶轮进口处更容易发生空化,导叶出口压力上升,速度增大;喷水推进泵进水流道的唇部区域存在小范围的高压区,且航速越高,转速越低,该区域面积越大.     

"北星号"自控喷水推进水翼高速客船喷水推进泵试验研究

本文对“北星号”自控喷水推进水翼高速客船喷水推进试验研究的试验背景，试验设备，试验模型及试验方法作了介绍，并给出了试验结果。     

喷水推进泵轴功率测量方法的研究

在喷水推进泵的选型,台架实验以及实船使用过程中,轴功率的测量一直备受设计和使用部门关注。为了准确迅速得到该参量,本文设计了一套基于电阻应变式的扭矩测量系统,开展了某喷水推进泵实船轴功率测量研究。测试结果表明:轴功率数据可信、合理,能够满足实际工程的需求。     

叶轮径向间隙对喷水推进轴流泵性能的影响

轴流泵作为喷水推进器的核心部件具有推进效率高、抗空化(气蚀)能力强、噪声低等优点。运用计算流体动力学CFD软件-FLUENT,基于标准k-ε紊流模型及SIMPLE算法,对020Q84喷水推进轴流泵内部(及端壁间隙)流场及其运行特性进行了三维数值模拟。研究和分析了三种叶轮径向间隙对轴流泵性能的影响,并进行了性能预估。研究结果为CFD技术在喷水推进轴流泵设计及性能改进中的应用提供了参考。     

水翼叶顶间隙漩涡空化流动特性研究

采用试验的方法研究了不同空化数下水翼叶顶间隙区域漩涡空化流动的发展变化。试验在闭式空化水洞中进行,采用高速全流场显示技术对空化流场进行观测,并采用图像处理技术对试验结果进行处理,提出空化涡模型,阐述了涡空化的发展规律。研究结果表明:随着空化数的降低,叶顶间隙漩涡空化的发展主要经历如下三个阶段:(I)泄露涡内部空化初生阶段:在水翼中部附近产生游离状空化,向下游运动并迅速溃灭消失。(II)叶顶间隙内部附着空化发展阶段:涡空化逐渐发展并向水翼尾缘延伸,空化涡带呈螺旋状非轴对称旋转;叶顶位置压力面中部附近开始出现片状附着型空化,并体现出强烈的非定常特性。(III)射流剪切层内部空化形成阶段:涡空化延伸至水翼下游;叶顶附着空化充分发展,充满间隙并形成射流剪切层空化,和空化涡带共同形成三角状空化结构。     

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。     

Numerical simulation of the flow around two-dimensional partially cavitating hydrofoils

In the present study, a new approach is applied to the cavity prediction for two-dimensional （2D） hydrofoils by the potential based boundary element method （BEM）. The boundary element method is treated with the source and doublet distributions on the panel surface and cavity surface by usethe of the Dirichlet type boundary conditions. An iterative solution approach is used to determine the cavity shape on partially cavitating hydrofoils. In the case of a specified cavitation number and cavity length, the iterative solution method proceeds by addition or subtraction of a displacement thickness on the cavity surface of the hydrofoil. The appropriate cavity shape is obtained by the dynamic boundary condition of the cavity surface and the kinematic boundary condition of the whole foil surface including the cavity. For a given cavitation number the cavity length of the 2D hydrofoil is determined according to the minimum error criterion among different cavity lengths, which satisfies the dynamic boundary condition on the cavity surface. The NACA 16006, NACA 16012 and NACA 16015 hydrofoil sections are investigated for two angles of attack. The results are compared with other potential based boundary element codes, the PCPAN and a commercial CFD code （FLUENT）. Consequently, it has been shown that the results obtained from the two dimensional approach are consistent with those obtained from the others.     

基于CFD新型喷射泵内流场数值分析

主要对新型喷射泵进行模型建立以及内部流态分析,采用三维软件Solid Works建立模型,叶轮部分采用升力法设计。基于CFD对不同工况下的叶轮叶片、流道等参数进行压力、速度分析,得到结论:随着叶片数的增加,在相同工况下,叶片表面的压力分布逐渐均匀,叶轮内液流流动相对流畅,水力损失降低;叶片数的增加,增加了液流与叶片之间的摩擦,使泵的效率降低。     

关于喷水推进串列式轴流泵叶轮参数选择与计算的探讨

本文论述了设计喷水推进串列式轴流泵的相关技术要点，包括首级叶轮对次级叶轮进流的影响、两级叶轮载荷配置及翼型选择、叶片数的选择、环量分布的选择与计算以及前后叶轮的轴向距离与周向偏距(相位角变化)对性能的影响等。     

涡判据在孔腔涡旋流动拓扑结构分析中的应用

涡作为一种经典的流动现象目前仍没有严格的数学定义,涡判据是人们识别涡的重要途径。文章对涡的各种判据及其物理意义进行了调研和总结,并将目前较为常用的Q判据和λ2判据应用于二维和三维孔腔流动中涡的识别,并对其拓扑结构进行了分析,得到了有意义的结果。     

离心压缩机三元叶轮的数值分析

运用CFD软件,对离心压缩机全工况下三元叶轮内部三维粘性流场进行数值模拟,并预测了其性能,为压缩机全工况的设计提供理论依据。     

固定叶轮水动力性能数值分析

为研究螺旋桨后固定叶轮的节能效果,采用计算流体力学(CFD)方法对螺旋桨与固定叶轮进行仿真模拟。计算域划分为螺旋桨小域、叶轮小域、外部大域等3个区域,三者均采用结构网格。计算域整体为圆柱形区域,与螺旋桨同轴,靠近螺旋桨与叶轮区域网格加密,来流采用均匀流,分别改变进速系数、螺旋桨与叶轮距离以及叶轮叶数等参数,依计算结果选取最优解并按照加法原则划分并在计算过程中增减工况。分析认为:在距离为0.7D、进速系数1.0、叶轮叶数5叶时,节能效果最佳;同等情况下,效率较不加叶轮提高9.46%。