对旋轴流式喷水推进泵空化及压力脉动数值计算研究

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1、万方数据对旋轴流式喷水推进泵空化及压力脉动数值计算研究第四章对旋轴流式喷水推进泵空化流场分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯224．1设计工况下空化流场分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．224．1．1空化性能曲线分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯224．1．2叶轮叶片压力分布⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯244．1．3叶片吸力面空泡体积分布⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯264．1．4流道内空泡等值面分布⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯274．2次级叶轮转速对对旋轴流式喷水推进泵空化性能的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯274．2．1次级叶轮转速对空

2、化性能曲线的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯284．2．2次级叶轮转速对空泡分布的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯284．3小流量工况下空化流场分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．304．3．1小流量工况下叶轮叶片空泡体积分布⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯304．3．2小流量工况下流道内空泡体积分布⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯324．3．3小流量工况下速度场分布⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯344．4本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯35第五章对旋轴流式喷水推进泵压力脉动分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯365．1设计工况下压力脉动结果分析⋯⋯⋯⋯

3、⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．365．1．1压力脉动监测点设置⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯365．1．2非定常设置⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．375．1-3压力脉动计算结果分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯375．2不同工况下压力脉动结果分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．415．3不同空化条件下压力脉动结果分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．445．4本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯45第六章总结与展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一476．1研究总结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

4、⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯476．2研究展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯48参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．49致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯54在读学位期间发表的论文⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．55在读学位期间参与的项目⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一55万方数据江苏大学硕士学位论文1．1课题研究背景及意义第一章绪论一直以来，人们都面临着海上航行体的推进问题，由于喷水推进器具有推进效率高、空化性能好、振动噪声小、临界航速高

5、等优点【-_5】，被认为是代替螺旋桨的新型船舶推进装置，越来越多的航行器开始使用这种推进方式，如高速双体船、单体船、两栖装甲车辆等。喷水推进器通过水泵将水从船底孔吸入，再把水从船后方排出，靠水的反作用力来推进船舶。如图1．1所示：瑟，—7—三#／Pump图1．1喷水推进系统示意图目前用于喷水推进器的泵型主要有轴流泵、导叶式混流泵，少数情况下还会使用离心泵【6．，J。然而，对传统的泵型来说，效率和空化性能很难兼得。主要考虑效率时，泵的吸入比转速为600—800；兼顾效率和空化时，吸入比转速为800．1100；主要考虑空化性能时，吸入比转速为1100—160

6、0。合理采用叶轮结构和形状可以有效提高泵的空化性能[8_91。对旋轴流泵的首级叶轮和次级叶轮反向旋转，首级叶轮做功提高了流场压力，改善了次级叶轮的空化性能。Furukawa[10-lq展示了对旋轴流泵比普通轴流泵具有的优点：压升高、运行高效区宽、空化性能好、运行工况范围大等。对旋轴流式喷水推进泵被广泛应用于双体船、水翼艇、水陆坦克等。然而在低速、倒车、转弯等工况下喷水推进泵容易产生空化，空化产生的结果是推进器扭矩和推力下降、影响推进效率、加剧振动，诱发噪声【12】。万方数据对旋轴流式喷水推进泵空化及压力脉动数值计算研究在1753年初，欧拉就在理论上预言了

7、流体中可能发生空化现象，Knapptl3】这样描述空化过程的主要特征：当液体内的压力在恒温下由于某种原因降低，然后达到某种状态，此时蒸汽空泡或者充满气体／蒸汽的空穴开始出现并生长，空穴或空泡的生长是爆炸性的，这一过程称为空化[14-15】。空化是以液体为介质的泵、水轮机、水泵水轮机以及螺旋桨等透平机械的一个特有问题，图1．2给出了几种水力机械常见的空化问题。空化流动涵盖了相变、可压缩以及非定常特性等复杂的流动现象。因此，对对旋轴流泵的空化现象进行分析，可以更好地了解对旋轴流式喷水推进泵空化条件下的内部流动，对提高其空化性能具有重要的意义；由于两级叶轮反向

8、旋转，且“动一动”对旋叶栅与“动一静”叶栅相比内部流动更为复杂，因此有必要对对旋