對旋軸流式噴水推進(jìn)泵的設(shè)計與流場分析.pdf

1、隨著噴水推進(jìn)技術(shù)的發(fā)展，對旋軸流式噴水推進(jìn)泵因自身優(yōu)勢開始得到關(guān)注。對旋軸流式噴水推進(jìn)泵具有結(jié)構(gòu)緊湊、空化性能好及運(yùn)行穩(wěn)定區(qū)寬等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是高性能水上航行器的理想推進(jìn)形式。但是對旋軸流式噴水推進(jìn)泵在小流量工況下出現(xiàn)流動不穩(wěn)定現(xiàn)象，泵在此工況下運(yùn)行會產(chǎn)生振動和噪聲等不利影響，導(dǎo)致系統(tǒng)性能下降。本文以對旋軸流式噴水推進(jìn)泵（下文簡稱噴水推進(jìn)泵）為研究對象，采用數(shù)值模擬技術(shù)對噴水推進(jìn)泵的外特性曲線、空化特性曲線、內(nèi)部不穩(wěn)定流場及兩級葉輪間軸向

2、間距的影響進(jìn)行了較為系統(tǒng)地研究。本文的主要工作和創(chuàng)新點(diǎn)有:
　　1.系統(tǒng)地總結(jié)了國內(nèi)外關(guān)于對旋軸流式噴水推進(jìn)泵的研究現(xiàn)狀，并對其發(fā)展趨勢進(jìn)行了展望。介紹了噴水推進(jìn)泵中常用的葉輪類型及其設(shè)計方法，設(shè)計了一種新型的對旋軸流式噴水推進(jìn)泵，首級導(dǎo)管槳葉輪采用環(huán)流理論法設(shè)計，次級軸流泵葉輪采用流線法設(shè)計。
　　2.研究了較為準(zhǔn)確的噴水推進(jìn)泵外特性數(shù)值預(yù)測方法。對數(shù)值計算過程中實體建模、網(wǎng)格劃分、邊界條件的設(shè)置及湍流模型的選擇等關(guān)鍵問題

3、進(jìn)行了研究，建立了合理的數(shù)值計算模型。
　　3.對噴水推進(jìn)泵整體數(shù)值模擬的外特性及空化性能與兩級葉輪單獨(dú)數(shù)值模擬的結(jié)果進(jìn)行了對比研究，并分析了噴水推進(jìn)泵有/無輪緣間隙對外特性的影響。發(fā)現(xiàn)噴水推進(jìn)泵采用對旋形式其穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)更寬及空化性能更好，且噴水推進(jìn)泵外特性曲線出現(xiàn)正斜率現(xiàn)象并不取決于是否存在輪緣間隙。
　　4.對噴水推進(jìn)泵在小流量工況下出現(xiàn)流動不穩(wěn)定現(xiàn)象進(jìn)行了研究。采用數(shù)值模擬技術(shù)研究了噴水推進(jìn)泵內(nèi)部不穩(wěn)定流場及葉片載荷分

4、布特性，定性分析了不穩(wěn)定流動對正斜率性能曲線的影響，揭示了不穩(wěn)定流動對葉輪進(jìn)出口處軸面速度vm和絕對速度圓周分量vu的影響規(guī)律。發(fā)現(xiàn)在0.4Qd時次級葉輪葉片出現(xiàn)流動分離，導(dǎo)致了次級葉輪進(jìn)出口處有效直徑減小，從而使噴水推進(jìn)泵揚(yáng)程下降;隨著流量的進(jìn)一步減小，噴水推進(jìn)泵葉輪內(nèi)部流態(tài)由軸流式轉(zhuǎn)為離心式，從而使其揚(yáng)程小幅上升。
　　5.對噴水推進(jìn)泵兩級葉輪間軸向間距的影響進(jìn)行了研究。采用數(shù)值模擬技術(shù)對噴水推進(jìn)泵在不同軸向間距下的外特性及內(nèi)