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叶顶间隙及叶片数配比对对旋式轴流推进泵性能的影响
| 论文题名： | 叶顶间隙及叶片数配比对对旋式轴流推进泵性能的影响 |
| 关键词： | 潜航器;对旋式轴流推进泵;叶顶间隙;叶片数配比;推进性能 |
| 摘要： | 目前，喷水推进泵应用于很多新型舰船和潜艇，对旋轴流式喷水推进泵凭借其流量大，扬程高，运行稳定区宽及抗空化性能好等优点得到广泛应用。由对旋轴流泵的结构特点可知次级叶轮位于首级叶轮的出口处，所以合理匹配设计两级叶轮对实现喷水推进泵的小型化和高效化具有指导意义。 本文根据某潜航器的推力要求设计出一套对旋式轴流推进泵，以其为研究对象，基于数值模拟技术较为系统地研究了两级叶轮的叶顶间隙及叶片数配比对泵外特性，内流场及全流域工况下泵喷推进性能的影响。首先，考虑轴流泵空化性能所允许的最小间隙定义了叶顶间隙系数σ，分别选取σ=1，2.5，4，5，6.25，7.5，8.5，9.5，10.5九组设计参数，对比不同叶顶间隙下泵的水力性能和推进性能。其次，为方便描述首次级叶轮不同叶顶间隙配比对泵性能的影响定义了叶顶间隙配比系数κ，分别选取κ=0.5，0.8，1.25，1.5四组数据，分析在不改变次级叶轮仅增大首级叶轮时泵的水力性能和推进性能。最后，本文定义叶片数配比系数?来研究首次级叶轮的叶片数对泵喷性能的影响，研究过程中总结了X＜1和X＞1两类设计参数下叶片数对泵水力性能和推进性能的影响规律。分析研究结果，总结如下： 1.随着?的增大，刮削率曲线由开口向下的二次函数趋势发展为“M”型；通过内流场分布发现随着叶顶间隙的增大两级叶轮间的干涉效应增强，“干涉涡”向首级叶轮区域发展，推力系数在σ=4时取得最大值。 2.小流量工况下的刮削率曲线呈现无规则分布，大流量工况下次级叶轮的刮削率受首级叶轮叶顶间隙的影响较小；推力系数在κ=0.8取得最大值，推力效率持续降低约3%。 3.为避免首级叶轮流出的流体在进入次级叶轮时产生较大的冲击，造成能量损失，两级叶轮的叶片数差距不宜过大；在X＜1时，两级叶轮的压力载荷分布曲线的变化趋势较为平缓，工作稳定性强，泵性能较优；增加次级叶轮叶片数会降低推力效率，但增加首级叶轮叶片数却会提高。 本文通过引入刮削率的概念将叶片压差和轮室的刮削效应进行了关联，解决了两个因素对间隙泄漏影响难以描述的问题；根据叶片数对叶轮的叶片结构进行了重新设计，考虑了叶片弦长对其性能的影响。本研究后期需要根据已得出的压力载荷分布曲线对叶轮进行优化。 |
| 作者： | 刘耀 |
| 专业： | 动力工程 |
| 导师： | 韩伟;史凤霞 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 兰州理工大学 |
| 学位年度： | 2020 |
| 正文语种： | 中文 |
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