對(duì)旋軸流式噴水推進(jìn)泵空化及壓力脈動(dòng)數(shù)值計(jì)算研究.pdf

1、隨著對(duì)噴水推進(jìn)泵小型化、集成化等方面的要求越來(lái)越高，對(duì)旋軸流式噴水推進(jìn)泵越來(lái)越多地得到了人們的關(guān)注。對(duì)旋軸流式噴水推進(jìn)泵憑借結(jié)構(gòu)緊湊、空化性能好及運(yùn)行高效區(qū)寬等優(yōu)點(diǎn)，成為高性能航行體的理想推進(jìn)形式。但其在低速、倒車、轉(zhuǎn)彎等航行工況下，噴水推進(jìn)泵會(huì)產(chǎn)生空化，空化產(chǎn)生的結(jié)果是推進(jìn)器扭矩和推力下降，影響推進(jìn)效率，加劇振動(dòng)，誘發(fā)噪聲，影響航行體運(yùn)行的穩(wěn)定性。
　　本文依托國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目“水力機(jī)械的空化特性及對(duì)策”(編號(hào):5123

2、9005)，以自豐研發(fā)的對(duì)旋軸流式噴水推進(jìn)泵為研究對(duì)象，通過(guò)數(shù)值模擬的方法對(duì)對(duì)旋軸流式噴水推進(jìn)泵進(jìn)行了三維數(shù)值計(jì)算，針對(duì)其內(nèi)部空化流動(dòng)以及非定常流動(dòng)進(jìn)行了具體分析，較好地預(yù)測(cè)了空化流場(chǎng)以及壓力脈動(dòng)特點(diǎn)，主要內(nèi)容的和創(chuàng)新點(diǎn)如下:
　　1.利用Croe和ICEM-CFD軟件進(jìn)行了對(duì)旋軸流式噴水推進(jìn)泵的三維建模和結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分，并進(jìn)行了網(wǎng)格無(wú)關(guān)性驗(yàn)證，確定了合理的網(wǎng)格數(shù)。對(duì)邊界條件進(jìn)行了設(shè)置，選擇了較優(yōu)的空化模型和湍流模型，并進(jìn)行了一定

3、的修正。
　　2.對(duì)設(shè)計(jì)工況下對(duì)旋軸流式噴水推進(jìn)泵整泵以及首級(jí)葉輪單獨(dú)進(jìn)行了空化數(shù)值模擬，繪制了相應(yīng)的空化性能曲線，并對(duì)對(duì)旋軸流式噴水推進(jìn)泵空化流場(chǎng)進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，對(duì)旋軸流式噴水推進(jìn)泵空化性能更好，空化最初發(fā)生在首級(jí)葉輪葉片吸力面面進(jìn)口靠近輪緣的局部低壓區(qū)，并隨著NPSH的減小，該空泡區(qū)域從輪緣向輪轂方向延伸。首級(jí)葉輪和次級(jí)葉輪空化發(fā)展不同步，由于次級(jí)葉輪處于首級(jí)葉輪的預(yù)壓下，首級(jí)葉輪發(fā)生空化時(shí)，次級(jí)葉輪并沒有發(fā)生空化。

4、r>　　3.探討了次級(jí)葉輪的轉(zhuǎn)速對(duì)對(duì)旋軸流式噴水推進(jìn)泵內(nèi)空化流場(chǎng)的影響。主要分為三種情況:首級(jí)葉輪轉(zhuǎn)速大于次級(jí)葉輪轉(zhuǎn)速;首級(jí)葉輪轉(zhuǎn)速與次級(jí)葉輪轉(zhuǎn)速相等;首級(jí)葉輪轉(zhuǎn)速小于次級(jí)葉輪轉(zhuǎn)速。對(duì)其內(nèi)部空化流動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行了對(duì)比分析發(fā)現(xiàn):當(dāng)次級(jí)葉輪轉(zhuǎn)速小于首級(jí)葉輪時(shí)，對(duì)旋軸流式噴水推進(jìn)泵空化性能最好。
　　4.對(duì)小流量工況下對(duì)旋軸流式噴水推進(jìn)泵空化流場(chǎng)進(jìn)行了研究。小流量工況下，其次級(jí)葉輪內(nèi)流動(dòng)相對(duì)于其它過(guò)流部件較為不穩(wěn)定，出現(xiàn)了一定數(shù)量的漩渦微團(tuán)

5、，隨著空化程度的加深，漩渦不斷地向下游以及輪緣方向擴(kuò)散?？栈紫劝l(fā)生在次級(jí)葉輪葉片吸力面靠近輪緣的位置而不是首級(jí)葉輪中，這是由于次級(jí)葉輪葉片吸力面靠近輪緣位置相對(duì)速度較大導(dǎo)致的。
　　5.對(duì)對(duì)旋軸流式噴水推進(jìn)泵進(jìn)行了三維非定常數(shù)值模擬，揭示了無(wú)空化條件和空化條件下其內(nèi)部壓力脈動(dòng)的特點(diǎn)。結(jié)果表明，對(duì)旋軸流式噴水推進(jìn)泵內(nèi)壓力脈動(dòng)主要受葉頻的影響，首級(jí)葉輪和次級(jí)葉輪輪緣間隙處的壓力脈動(dòng)與葉片數(shù)和葉輪數(shù)均有關(guān)。對(duì)比分析小流量、設(shè)計(jì)流量、大