對旋軸流式噴水推進(jìn)泵空化及壓力脈動數(shù)值計(jì)算研究.pdf

1、隨著對噴水推進(jìn)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(jìn)泵越來越多地得到了人們的關(guān)注。對旋軸流式噴水推進(jìn)泵憑借結(jié)構(gòu)緊湊、空化性能好及運(yùn)行高效區(qū)寬等優(yōu)點(diǎn)，成為高性能航行體的理想推進(jìn)形式。但其在低速、倒車、轉(zhuǎn)彎等航行工況下，噴水推進(jìn)泵會產(chǎn)生空化，空化產(chǎn)生的結(jié)果是推進(jìn)器扭矩和推力下降，影響推進(jìn)效率，加劇振動，誘發(fā)噪聲，影響航行體運(yùn)行的穩(wěn)定性。
　　本文依托國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目“水力機(jī)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(jìn)泵為研究對象，通過數(shù)值模擬的方法對對旋軸流式噴水推進(jìn)泵進(jìn)行了三維數(shù)值計(jì)算，針對其內(nèi)部空化流動以及非定常流動進(jìn)行了具體分析，較好地預(yù)測了空化流場以及壓力脈動特點(diǎn)，主要內(nèi)容的和創(chuàng)新點(diǎn)如下:
　　1.利用Croe和ICEM-CFD軟件進(jìn)行了對旋軸流式噴水推進(jìn)泵的三維建模和結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分，并進(jìn)行了網(wǎng)格無關(guān)性驗(yàn)證，確定了合理的網(wǎng)格數(shù)。對邊界條件進(jìn)行了設(shè)置，選擇了較優(yōu)的空化模型和湍流模型，并進(jìn)行了一定

3、的修正。
　　2.對設(shè)計(jì)工況下對旋軸流式噴水推進(jìn)泵整泵以及首級葉輪單獨(dú)進(jìn)行了空化數(shù)值模擬，繪制了相應(yīng)的空化性能曲線，并對對旋軸流式噴水推進(jìn)泵空化流場進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，對旋軸流式噴水推進(jìn)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(jìn)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(yù)壓下，首級葉輪發(fā)生空化時(shí)，次級葉輪并沒有發(fā)生空化。

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

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(kuò)散。空化首先發(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(dǎo)致的。
　　5.對對旋軸流式噴水推進(jìn)泵進(jìn)行了三維非定常數(shù)值模擬，揭示了無空化條件和空化條件下其內(nèi)部壓力脈動的特點(diǎn)。結(jié)果表明，對旋軸流式噴水推進(jìn)泵內(nèi)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(shù)和葉輪數(shù)均有關(guān)。對比分析小流量、設(shè)計(jì)流量、大