對旋軸流式噴水推進泵空化及壓力脈動數值計算研究.pdf

1、隨著對噴水推進泵小型化、集成化等方面的要求越來越高，對旋軸流式噴水推進泵越來越多地得到了人們的關注。對旋軸流式噴水推進泵憑借結構緊湊、空化性能好及運行高效區(qū)寬等優(yōu)點，成為高性能航行體的理想推進形式。但其在低速、倒車、轉彎等航行工況下，噴水推進泵會產生空化，空化產生的結果是推進器扭矩和推力下降，影響推進效率，加劇振動，誘發(fā)噪聲，影響航行體運行的穩(wěn)定性。
　　本文依托國家自然科學基金重點項目“水力機械的空化特性及對策”(編號:5123

2、9005)，以自豐研發(fā)的對旋軸流式噴水推進泵為研究對象，通過數值模擬的方法對對旋軸流式噴水推進泵進行了三維數值計算，針對其內部空化流動以及非定常流動進行了具體分析，較好地預測了空化流場以及壓力脈動特點，主要內容的和創(chuàng)新點如下:
　　1.利用Croe和ICEM-CFD軟件進行了對旋軸流式噴水推進泵的三維建模和結構化網格劃分，并進行了網格無關性驗證，確定了合理的網格數。對邊界條件進行了設置，選擇了較優(yōu)的空化模型和湍流模型，并進行了一定

3、的修正。
　　2.對設計工況下對旋軸流式噴水推進泵整泵以及首級葉輪單獨進行了空化數值模擬，繪制了相應的空化性能曲線，并對對旋軸流式噴水推進泵空化流場進行了分析。結果表明，對旋軸流式噴水推進泵空化性能更好，空化最初發(fā)生在首級葉輪葉片吸力面面進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。首級葉輪和次級葉輪空化發(fā)展不同步，由于次級葉輪處于首級葉輪的預壓下，首級葉輪發(fā)生空化時，次級葉輪并沒有發(fā)生空化。

4、r>　　3.探討了次級葉輪的轉速對對旋軸流式噴水推進泵內空化流場的影響。主要分為三種情況:首級葉輪轉速大于次級葉輪轉速;首級葉輪轉速與次級葉輪轉速相等;首級葉輪轉速小于次級葉輪轉速。對其內部空化流動狀態(tài)進行了對比分析發(fā)現:當次級葉輪轉速小于首級葉輪時，對旋軸流式噴水推進泵空化性能最好。
　　4.對小流量工況下對旋軸流式噴水推進泵空化流場進行了研究。小流量工況下，其次級葉輪內流動相對于其它過流部件較為不穩(wěn)定，出現了一定數量的漩渦微團

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散?？栈紫劝l(fā)生在次級葉輪葉片吸力面靠近輪緣的位置而不是首級葉輪中，這是由于次級葉輪葉片吸力面靠近輪緣位置相對速度較大導致的。
　　5.對對旋軸流式噴水推進泵進行了三維非定常數值模擬，揭示了無空化條件和空化條件下其內部壓力脈動的特點。結果表明，對旋軸流式噴水推進泵內壓力脈動主要受葉頻的影響，首級葉輪和次級葉輪輪緣間隙處的壓力脈動與葉片數和葉輪數均有關。對比分析小流量、設計流量、大