喷水推进泵叶型优化汽蚀抑制研究

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1、喷水推进泵叶型优化汽蚀抑制研究胡新牛.HUXin-sheng曰邹开风ZOUKai-feng曰杨秀芹YANGXiu-qin曰程瑞CHENGRui(海军航空工程学院青岛校区，青岛266041)(QingdaoCampusofNavalAeronauticalEngineeringInstitute,Qingdao266041,China)摘要：木文应用准三维的流面理论来优化设计喷水泵，利用计算流体力学CFD软件分別对设计出来的三个泵模型，在八个不同工况下进行了数值模拟计算。通过改变泵的动叶进口相对液流角使动叶叶片前伸和倾斜，来提

2、高泵的抑制汽蚀能力。Abstract:Thepaperdesignswater-jetpumpmodelaccordingtoquasithree-dimensionalflowsurfacetheory,bychanginginletfixingangleoftherotatingbladeandmakingrotatingbladetoprotrudeforwardofthepump,improvecavitationcapabilityofthepump.Carryingoutnumericalcomputationa

3、teightdifferentworkingconditionswithCFD.关键词：准三维流面理论；喷水泵；计算流体力学；数值模拟；汽蚀Keywords:quasithree-dimensionalflowsurfacetheory；water-jetpump；CFD；numericalsimulation；cavitation中图分类号院U664.34文献标识码院A文章编号院1006-4311(2014)20-0068-020引言喷水推进系统核心部件是喷水推进泵，喷水推进泵在高速旋转时容易产生空化现象和汽蚀问题［1］。

4、汽蚀问题一直是泵领域的一大难题，尽管人们已经对汽蚀发生机理、破坏机理和汽蚀诊断等进行了很多研究，并取得了不少成果,但如何提高泵的抗汽蚀性能，消除或减轻汽蚀现象，仍然是泵水动力设计领域要面对的重要问题，需要深入研究。木文对喷水推进泵汽蚀抑制技术的研究具有重要的意义。研究泵的汽蚀问题对于提高泵的设计水平也具奋重要指导意义，冋吋由于汽蚀是所有水力机械的通有问题［3】，该研究成果还可推广到螺旋桨、水轮机等其他水力机械的设汁中。1喷水推进泵的优化设计本文运用流场分析的方法对水泵进行优化设计，应用准三维流面理论方法来计算泵的内部流场，采

5、用流线曲率法求解流面流线，最终使动叶的叶片、轮缘和轮毂的形状与流动过程中实际形成的流面相吻合，以内部流动损失最小为0标来优化设计喷水推进泵。为获得精确的流动计算结果，需要进行si和S2流面之间的迭代计算，整套算法采用Fortran语言编程实现。1.1喷水推进泵模型的建立所设计的喷水推进泵参数如下：转速:1000r/min，扬程:27m，流量：2.3m3/s,动叶数0为5，静叶数目为6，流动介质为液态水。将设汁参数输入到sl-s2流面计算程序最终生成可执行文件，从而得到设计模型主要点的坐标参数。然后利用计算出来的喷水推进泵结构

6、的各点坐标，应用Pro/E三维软件画出三种喷水推进泵的实体模型，如图1所示。1.2叶型的改变提高泵汽蚀抑制能力在本文中，通过在设计程序中减小喷水推进泵的动叶进U相对液流角，来提高喷水推进泵汽蚀抑制的能力。动叶进口相对液流角从原来的35度减小到31度和29度，三种喷水推进泵模型的动叶和静叶形状如图2和图3所示。2喷水推进泵内部流动数值模拟本文为了分析泵的工作性能和三种不同通流流道的抗汽蚀性能，运用Fluent软件对所设计的三种叶型水泵进行内部流场进行三维数值模拟。2.1喷水推进泵的网格划分本文共计算了三个喷水推进泵的模型，每个

7、模型分为三个区域:进U区域、动叶区域和静叶区域。三个区域都单独划分网格。在喷水泵的进U区域中，采用六面体结构网格划分网格；动叶区域和静叶区域在划分网格的吋候采用四面体非结构网格进行划分。三个区域和模型整体的网格划分如图4所示。3喷水推进泵的抗汽蚀性能分析水泵的汽蚀比转速大小标志着泵本身抗汽蚀性能的好坏，水泵的汽蚀比转速越大，抗汽蚀性能就越强[6]。三种水泵模型的汽蚀比转速分别为424,808,1049。所以减小水泵的动叶进口相对液流角后，水泵的汽蚀比转速增加，抗汽蚀的能力也得到提高。下面分别对三种模型抗汽蚀性能进行细致的分析

8、。水在温度为15度时，对应的汽化压强为1785Pa[7],所以当叶片表面的静压降低到水的汽化压强以下吋，水就要发生空化。3.1动叶叶背汽蚀性能分析图5和图6分别是三种水泵模型动叶叶背空化面积和空化面积占动叶叶背总面积的百分比随转速变化的曲线。从图5和图6可以看出，通过动叶进口相对液流角的减