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。     

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.     

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。     

喷水推进泵驼峰区波峰与波谷内流作用机制

喷水推进泵一般选用轴流泵或导叶式混流泵。高比转速的混流泵和轴流泵在流量-扬程曲线上容易出现驼峰甚至双驼峰,当运行在驼峰区域时,泵和整个系统都可能会出现流动紊乱和振动噪声加剧等问题。在舰船变速航行时,喷水推进泵需要相应地改变转速;在变速过程中,喷水推进泵可能会进入驼峰区域,不利于舰船高效且低噪声地航行,进而影响乘员的舒适度与舰船的隐蔽性,甚至会对推进系统造成破坏。该文研究对象为带导叶的混流式喷水推进泵,基于标准轴（混）流泵试验台和高精度试验测试方法,获得了试验泵的水力性能曲线,试验发现其存在明显的能量特性曲线驼峰现象且伴随振动加剧;根据喷水推进泵试验泵几何模型建立了流体域三维模型,并采用精细化结构化网格划分。研究发现：在波谷工况时,叶轮流域内在展向高度较高位存在明显的低速涡团,不同流道间的低速涡团存在结构和尺度差异;A区域中的流速虽然较低但仍然呈螺旋前进,B区域中流速更低且旋转程度更大,C区域中的流速比A和B区域中稍高。而在波峰工况时,叶轮流域中的流动更均匀且更平顺,在流道中的稳定流动结构明显减少。     

某船用螺旋桨空泡诱导下的脉动压力试验方法

文章分析了由螺旋桨空泡诱导的脉动压力对船体振动的影响及计算方法。为了进一步研究螺旋桨空泡对脉动压力的贡献量,以某船用螺旋桨为对象,分别进行了设计和压载工况下的空泡及无空化时的脉动压力试验。试验结果表明,在相应的测量点处,无空泡下时的对应阶次脉动压力值都低于发生空泡下的值,尽量减小或避免空泡的发生,将可有效减小螺旋桨诱导的脉动压力值,从而减缓船体的振动。     

空泡对喷水推进器流道脉动压力影响的试验研究

为研究空泡对喷水推进器流道脉动压力的影响,该文以某一轴流式喷水推进器为对象,在空泡水筒中开展脉动压力模型试验研究。为使试验尽可能接近喷水推进器在实船上的工作状态,在空泡水筒上搭建了专用试验台,利用空泡水筒试验段模拟船底水流和推进器进口流道,从而在试验段上方构建喷水推进器旁路试验装置。试验在不同流量及空泡数下进行,通过测量喷水推进器叶轮段流道内壁的脉动压力,并优化测点布置,研究流道脉动压力沿叶轮叶梢弦长方向和周向的分布规律以及空泡的影响。试验结果表明：在叶梢弦长方向上,空泡对流道脉动压力的影响主要集中在0～50%弦长区域;周向脉动压力最大值出现在进口流道及叶轮轴引起的低流速区,而空泡对周向脉动压力的影响也集中在此区域。     

普通螺旋桨和大侧斜螺旋桨在两个特定流场中的脉动压力试验研究

本研究通过普通螺旋桨(无侧斜)和大侧斜螺旋桨在空泡水洞两个特定流场(对称非均匀流场和不对称非均匀流场)中诱导的脉动压力试验测量,探讨其不同的脉动压力特性和侧针的减振效果;介绍了为测量脉动压力而建立的传感器和数据采集处理系统。这一根据高速采集储存数据、慢速传送微机处理思想建立起来的Molti-Function系统,有别于通常采用的由高速处理机和磁带记录机组成的脉动压力数据采集处理系统,具有数据采样速度快,无信号失真等优点。本研究发现,大侧斜桨具有降低螺旋桨空化诱导的脉动压力幅值作用,但这一作用的大小与空化数和流场特徵有关;无论是普通桨还是大側斜桨,在不均匀流场中诱导的脉动压力均具如下特徵,即与一阶叶频谐调分量相比,在较大空化数情况,二阶以上叶频谐调分量明显丰富,而在较小空化数情况,则明显变小。本研究认为,在应用简化网格模拟得到的不均匀流场中进行螺旋桨脉动压力测量的比较试验,可克服模拟流场差异带来的测量结果误差,有助于提高实验室的脉动压力测试技术水平。     

舵空泡对船体压力脉动的数值分析

[目的]船舶航行时舵表面发生的空泡将使船体产生振动和噪声,为了研究舵空化效应引起的船体压力脉动及其影响,[方法]基于Star-CCM流体计算软件,对实船在某航速下在5°和10°舵角航行时产生的空泡进行预报,分析船体压力脉动产生的规律。[结果]分析结果表明,舵空化效应对船体压力脉动有直接影响;在5°,10°舵角工况下,舵空化对船体造成的压力脉动幅值远大于舵表面不存在空化时船体表面的压力脉动幅值,舵发生空化效应越剧烈,船体表面压力脉动的波动幅值就越大。[结论]研究结果论证了舵空化效应对船体的振动和噪声有着直接影响。     

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.     

用数值模拟研究转速变化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、抗空化能力强、噪声低等优点.为实现喷水推进轴流泵的三维模型自动生成,以FORTRAN为编程语言,完成了轴流泵叶轮的参数化自动建模.运用计算流体动力学CFD软件--FLUENT基于标准κ-ε紊流模型及SIMPLE算法对020Q84喷水推进轴流泵内部流场及其运行特性进行了三维数值模拟,研究和分析叶轮转速变化对轴流泵性能的影响.     

螺旋桨空化对噪声调制特征影响研究

针对螺旋桨空化特征的识别问题,采集某试验船在不同转速下的螺旋桨噪声信号,运用小波包原理重构出表征空化的特征信号,提取不同空化状态下的特征信号包络,对比分析特征信号包络时域和频域特性变化,得到空化发展对信号调制特征的影响规律。结果表明:空化初期调制谱的结构出现变化,同时在一定范围内空化特征信号的调制程度随着空化发展而加深。     

喷水推进装置用数字控制系统

瑞典有一家从事喷水推进装置的公司 MJP(Marine Jet Power),它是特种快速渡轮建造集团-Marinteknik 的分支。它的新型 JR 型基本设计方案与卡米瓦系列相似,每台装置的输出功率为4170kW～3500kW,航速16节～50节,它的研制工作集中在总体效率、可靠性和机动性方面。为确保其阻力小、表面压力低和空泡少,MJP 公司新设计了一种具有短叶片和大喷咀的混流泵。新型的叶轮轴承与一持续轴承监测系统联接,据说可促进效率增高,并能避免叶轮和轴的振动。     

低比转速喷水推进轴流泵空化性能研究

基于低比转速喷水推进轴流泵空化性能重要性的分析,对所设计的低比转速喷水推进轴流泵水力模型在设计流量下进行CFD空化模拟,分析空化特性和空化发生、发展过程,并通过模型空化试验比较验证数值模拟结果。比较表明:设计流量下,模型试验与数值模拟结果相吻合。研究结果为低比转速喷水推进轴流泵空化性能的深入研究提供参考。     

叶片厚度对混流泵性能的影响研究

采用高质量结构化网格离散混流泵计算域,基于雷诺时均(RANS)方程和剪切应力输运(SST)湍流模型对混流泵内流场进行数值模拟.采用多种定性和定量指标对不同叶轮叶片厚度时混流泵的扬程、功率和效率特性及叶轮进、出口的流场流动情况进行对比分析.结果表明:在相同流量下,随叶轮叶片厚度减薄,泵的扬程和功率增加,且最高效率点向大流量工况偏移,最高效率略有升高;叶轮叶片厚度减薄提高了流场流动均匀度,改善了叶片表面压力分布情况,使空化性能得以改善.     

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。     

后置定子对喷水推进泵性能的影响规律研究

本文采用RNG k-ε模型对不同后置定子叶数的喷水推进泵性能进行数值模拟,首先采用4119桨进行数值验证,计算结果误差均在3%以内,可有效预报水动力学性能。基于现有模型喷水推进泵,分析其水动力学性能,对比不同叶数定子的喷水推进泵性能,分析其推力性能,发现随着定子叶数增加到11叶,推力增大了5.7%,随着叶数继续增加,推力降低,最终只提高了2.1%;对转子推力进行傅里叶分析,发现转子的频域特性并未发生变化;同时分析尾流场压力脉动和湍动能分布,增加定子叶数可改善尾部流场的压力脉动,降低脉动值,随着叶数继续增大,脉动值又增加,其变化趋势与湍动能分布相同。通过掌握定子对喷水推进泵尾流场的影响特性,奠定喷水推进泵设计基础。     

叶轮旋向对喷水推进器噪声性能的影响

文章运用计算流体力学和直接边界元方法计算叶轮旋向对喷水推进器水下辐射噪声性能的影响。首先,采用计算流体力学方法计算和分析了某喷水推进泵的裸泵性能曲线,并与厂商数据比较以验证CFD计算方法;然后,计算某“船体+流道+喷水推进泵”的稳态流场,在此基础上计算喷泵内的非定常流场,并获得了叶轮叶片、导叶叶片、轮毂和外壳壁面上的偶极源以及固体壁面上的单元和节点信息;最后,采用直接边界元方法计算喷水推进泵的声场分布。结果表明：喷泵内最大压力脉动在叶轮进口处,压力脉动幅值从轮毂到轮缘逐渐增大;叶轮进口处的压力脉动幅值外旋泵比内旋的大,但在叶轮和导叶相互作用区域则相反;在10～1000 Hz内,叶轮和导叶相互作用区域对于辐射噪声的贡献是最主要的;内旋泵的总声压比外旋泵的总声压级大2.4 dB。     

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。     

喷水推进轴流泵的水力设计与空化特性分析（英文）

基于先进的叶片设计方法，本文采用NREC软件对喷水推进轴流泵（包括一排动叶和一排静叶）进行模型设计，进而采用标准k-ε湍流模型和混合多相流模型对其空化特性进行数值模拟，并借助“Schnerr Sauer”空化模型来探究空化导致扬程下降的机理。结果表明，随着有效汽蚀余量的减小，空化首先发生在叶轮进口端附近，然后向叶轮出口端、轮毂及相邻叶片方向扩展，其水汽混合混乱，反向回流而产生旋涡。另外，本文还研究了与泵内流场非线性耦合的叶片几何参数（叶片安装角、叶片拱度和叶片厚度等）对空化的影响规律。结果表明，叶片安装角减小或叶片拱度增加，空化面积将随之减小，这提高了喷水推进泵的抗空化能力，而叶片厚度对其性能影响不大。     

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。