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叶顶间隙对轴流泵内部非定常流动及振动特性影响研究
| 论文题名： | 叶顶间隙对轴流泵内部非定常流动及振动特性影响研究 |
| 关键词： | 船舶动力系统;轴流泵;叶顶间隙;内部非定常流动;振动特性 |
| 摘要： | 轴流泵是大型船舶动力系统的关键部件之一，因其特殊结构，叶轮与管道壁面之间一定存在间隙，间隙通常不超过0.1％叶轮直径。尽管间隙的尺寸很小，其内部微小的涡结构（叶轮流场与间隙流场涡结构尺度比超过1000以上）对叶轮主流场的影响不可忽视。此外，叠加叶轮旋转失速的影响，使得泵内的水力特性更为复杂。 本文通过使用修正的DDES湍流模型计算了不同叶顶间隙下泵的旋转失速状态，发现修正的DDES湍流模型与压力脉动的试验结果较为吻合。另外，本文通过使用DDES湍流模型进行不同叶顶间隙下的分析，初步得出了以下结论: 轴流泵中的旋转失速现象是由叶轮内径向速度分布不均匀导致的，但是，随着间隙尺寸增加，径向速度的不均匀性有所下降了。此外，当轴流泵运行于最优工况时，间隙尺寸的增加会使得叶顶泄露流强度升高，同时间隙尺寸的增加将促进泵的能量耗散。 旋转失速将导致轴流泵的压力脉动呈现出高振幅与高频率，当增加叶顶间隙的尺寸后，将抑制失速工况下的频率和高振幅。但在最优工况下，叶顶间隙促进了其频率和振幅。另外，本文引入了涡量输运方程对叶顶泄露涡的结构进行深入分析，初步得出了压力波动的振幅受压缩-膨胀项的影响。 旋转失速特性将加剧叶片尖端的变形和振动，同时，在旋转失速工况下，增加间隙尺寸能够降低叶片尖端的形变。另外，等效应力的随着间隙尺寸的增加而降低。但在，最优工况下则相反，当间隙尺寸增加时，叶片变形将大幅升高。 轴流泵在不同来流工况搭配不同叶顶间隙，它的各项性能指标是完全不同的,所以综合各项性能来看，叶顶间隙的尺寸控制在0.05％D较为合理。 |
| 作者： | 吕昊 |
| 专业： | 动力工程 |
| 导师： | 朱祖超;贾晓奇 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 浙江理工大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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