【摘 要】
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喷水推进装置相较于传统的螺旋桨推进方式,具有振动噪声小、便于操作和运行稳定等优点,被广泛使用在船舶和新型潜艇。目前,随着各国新式船舰吨位的大幅增加,喷水推进泵需求量不断加大,工程上对其性能也有了更高的要求,所以本文针对某大型潜航器模型设计出了一套轴流式喷水推进泵,对推进泵的喷速比和导叶面积比进行多工况数值模拟,分析了喷速比和导叶面积比对泵外特性、内部流动、空化性能和全流域工况下推进性能的影响,具体
【基金项目】
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国家自然科学基金青年科学基金项目:螺旋混流式喷水推进泵轴对称矢量推进的流体动力学响应(51669012);
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喷水推进装置相较于传统的螺旋桨推进方式,具有振动噪声小、便于操作和运行稳定等优点,被广泛使用在船舶和新型潜艇。目前,随着各国新式船舰吨位的大幅增加,喷水推进泵需求量不断加大,工程上对其性能也有了更高的要求,所以本文针对某大型潜航器模型设计出了一套轴流式喷水推进泵,对推进泵的喷速比和导叶面积比进行多工况数值模拟,分析了喷速比和导叶面积比对泵外特性、内部流动、空化性能和全流域工况下推进性能的影响,具体研究内容如下:(1)根据潜航器推、阻力关系,选取条件参数,计算得到水力设计参数:转速、比转速、流量和扬程等。参照流线法设计一套轴流式喷水推进泵,对水体模型进行网格划分。(2)介绍了喷速比k定义,参照已有推进泵的推进效率与喷速比变化规律,并考虑到不同类型潜航器的差异和假定参数的选取不同,选取六个喷速比值分别为1.31,1.43,1.46,1.52,1.57,1.76的推进泵对比分析。通过数值模拟发现,随着k的增大,推进泵水力性能和空化性能先提升再下降,同时推进效率曲线呈现开口向下的多项式函数形式,即存在一个最优喷速比范围为k=1.52~1.57,推进效率在k=1.57时取得最大值。(3)参考轴流泵导叶扩散度和推进泵过流部件进、出口过流面积定义了导叶面积比A,为对比不同扩缩形式的导叶模型,A分别取值0.72,0.86,0.92,1.01,0.11,1.18,数值模拟分析可得,A>1的扩散型导叶推进泵空化性能较好;A<1的收缩型导叶推进泵过流部件内部流线分布规整,压力分布均匀,外特性、推进性能表现最好,并且相较于初始模型空化性能也有所提升,A=0.92时,导叶内部沿程损失最小。(4)对面积比A=0.86的推进泵进行导叶壳体外线形曲率变化。数值模拟分析可得,同一面积比下不同曲率导叶壳体外线形推进泵外特性差异较小,但相较于零曲率和正曲率,负曲率导叶壳体外线形推进泵水力性能有所提高;由于曲率增大,导叶流道内部滞留流体增多、流动性较差,流动损失增大,因此具有收缩性的负曲率导叶内部水力损失最小,可有效降低11.7%,推力系数和推进效率分别提升1.49%和1.15%。
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