軸流式噴水推進(jìn)泵中大小葉片葉柵的研究.pdf

1、作為船舶的主要動力裝置，軸流式噴水推進(jìn)器安裝環(huán)境惡劣，設(shè)計要求嚴(yán)苛，傳統(tǒng)軸流泵難以勝任。具備更高流量和揚程系數(shù)的軸流式噴水推進(jìn)泵才能在葉輪外徑受限時為船舶提供更高的推力和效率。針對上述問題，本文將軸流式壓氣機的大小葉片技術(shù)嫁接于軸流式噴水推進(jìn)泵中，擬在葉輪外徑受限的條件下提升軸流式噴水推進(jìn)泵的推進(jìn)性能，尤其是高航速區(qū)間。
　　本文圍繞軸流泵內(nèi)的動葉柵展開研究:基于正交試驗設(shè)計方法設(shè)計合理的大小葉片葉柵結(jié)構(gòu)，提升低攻角時動葉柵的做功

2、能力;對比分析常規(guī)葉柵與大小葉片葉柵的水力特性，證實大小葉片葉柵在軸流式噴水推進(jìn)泵中的優(yōu)越性和可行性。主要工作及研究內(nèi)容如下:
　　1.選擇性能優(yōu)良的NACA4412翼型作為組成葉柵的基本翼型，依據(jù)大量參考數(shù)據(jù)選取合理的數(shù)值仿真模型，并驗證其可靠性。
　　2.采用上述仿真模型，初步分析大小葉片葉柵后發(fā)現(xiàn)，小葉片在葉柵中的位置決定了小葉片的作用:①抑制大葉片吸力面邊界層的分離，降低葉柵的總壓損失;②提升葉柵平均液流轉(zhuǎn)折角，增強

3、葉柵整體做功能力。本文立足于小葉片的第二種作用，將大小葉片技術(shù)應(yīng)用于軸流式噴水推進(jìn)泵中。
　　3.選取葉柵總壓損失系數(shù)、葉柵平均液流轉(zhuǎn)折角來評價小葉片弦長、小葉片周向位置、小葉片安放角三個因素與大小葉片葉柵性能之間的相應(yīng)關(guān)系。通過正交試驗設(shè)計方法，得到影響葉柵平均液流轉(zhuǎn)折角的主次順序:小葉片安放角、小葉片弦長、小葉片周向位置;影響葉柵總壓損失的主次順序:大小葉片弦長、小葉片周向位置、小葉片安放角。綜合分析兩指標(biāo)得到做功能力較優(yōu)的大

4、小葉片葉柵結(jié)構(gòu):小葉片與大葉片的弦長比為0.5，小葉片周向位置偏向大葉片的壓力面10％，小葉片安放角與大葉片安放角之差為-2°。
　　4.從理論和數(shù)值仿真兩個方面，對比分析最佳大小葉片葉柵與常規(guī)葉柵的水力特性。結(jié)果表明:0°～20°攻角范圍內(nèi)，大小葉片葉柵的平均液流轉(zhuǎn)折角高于常規(guī)葉柵，低攻角時增幅為40％，做功能力得到提升。葉柵的做功能力決定了軸流式噴水推進(jìn)泵的揚程，由此推斷采用大小葉片技術(shù)的軸流式噴水推進(jìn)泵在大流量工況下具有更高

5、的揚程，有效地解決噴水推進(jìn)泵由于葉輪外徑受限而在高航速區(qū)間內(nèi)推力不足的問題。
　　5.在為本文研究而設(shè)計的大小葉片葉柵中，小葉片的存在加重了大葉片吸力面的分離;高攻角時大小葉片葉柵壓力損失系數(shù)的增幅較大，大葉片的做功能力明顯下降，整個葉柵的做功依靠小葉片。同時，理論推導(dǎo)可知大小葉片葉柵提高了噴水推進(jìn)泵的抗空化能力，運行更穩(wěn)定。
　　綜上所述，將大小葉片葉柵應(yīng)用于軸流式噴水推進(jìn)泵是葉輪結(jié)構(gòu)上的一種嘗試，為軸流式噴水推進(jìn)泵葉輪的