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原文传递机动条件下喷水推进泵瞬态特性研究

论文题名：	机动条件下喷水推进泵瞬态特性研究
关键词：	船舶喷水推进泵;内流特性;空化特性;机动条件
摘要：	本文的研究是在国家自然科学基金（51779108）的资助下开展的。喷水推进作为一种新型的推进方式，较传统推进方式有着很多优点，在高机动性能的船舶中具有优秀的发展潜力，但目前对机动条件下喷水推进泵的性能研究还较为缺乏。本文采用理论分析和数值模拟相结合的方法对喷水推进泵在不同工况下的内部流动进行研究，并对转弯和加速等不同形式下喷水推进泵的内流特性和空化特性进行深入的分析，从而为喷水推进泵的性能优化提供一定的参考。本文的主要工作和研究成果如下：　　1.较为详细地总结了喷水推进泵技术、喷水推进泵内流性能研究和空化性能研究的研究现状及发展趋势。　　2.阐述了喷水推进泵内流数值模拟方法，对4种不同转速和4种不同航速下喷水推进泵的内部流动进行了数值计算，分析了进水流道、叶轮进口、叶轮出口和导叶出口的内流场及压力脉动，研究表明：（1）推力性能随着转速的增加逐渐增大，随着航速的增加逐渐降低，航速越高，推力增幅越快，转速由1800至2200r/min的推力差为转速由1000至1400r/min的2.4倍；（2）不同运行条件下进水流道唇部均存在局部高压区，高压区随航速的增大而增大，随转速增大而减小；（3）高航速下叶轮进口轮毂的压力脉动出现更多特征频率，叶轮出口流道中部的压力脉动波动幅度较大，在15倍轴频处出现特征频率，导叶出口轮毂处压力脉动的主频为轴频，流道中部及轮缘处的主频为叶频。　　3.通过改变进流角度的方法对喷水推进泵转弯工况下的内流进行了模拟，研究了转弯角度为±10°、±20°和±30°时进水流道与叶轮导叶轴面内的内流分布、湍动能和涡量等性能，对比了转弯角度为±10°、±20°和±30°时叶轮内的空泡、汽相体积分数和叶片表面载荷等空化性能，结果表明：（1）喷水推进泵的推力随着转弯角度的增大线性降低，相同角度时右转弯的推力比左转弯时大，最大推力差为无转弯角度时的9.14%；（2）相比于左转，右转条件下喷水推进泵轴面的压力梯度较小，旋涡较少；（3）叶轮内的空泡初生于叶轮进口边外缘，随着转弯角度的增大发展至叶片中部；空泡区域集中于转向一侧叶片，右转弯空化区域较左转弯时更小。　　4.考虑转速和航速的瞬时加速度对喷水推进泵性能的作用，通过自定义函数的方法对喷水推进泵的加速工况进行仿真，对比了加速时间为1s时喷水推进泵内的推力、压力脉动、内流和空化等性能，并分析0.5s、1s和2s等3种不同加速时间和直线加速和指数加速等2种不同加速方式对喷水推进泵数值计算结果的影响，结果表明：（1）推力随加速时间的增大逐渐增大；同一时刻指数加速时的推力低于直线加速，加速后直线加速时的推力是指数加速的1.41倍；（2）不同加速时间和加速方式下叶轮进口、叶轮出口和导叶出口处的压力脉动规律数值基本相似，加速时间为0.5s时叶轮出口的主频为叶频，加速时间为1s和2s时叶轮出口的主频变为7倍轴频，指数加速下压力脉动低于直线加速（；3）直线加速时叶轮内的汽相体积分数比指数加速时高27.3%。
作者：	陆友东
专业：	动力工程及工程热物理
导师：	谈明高;刘厚林
授予学位：	硕士
授予学位单位：	江苏大学
学位年度：	2020
正文语种：	中文