原文传递
斜流式喷水推进泵旋转失速及流固耦合研究
| 论文题名： | 斜流式喷水推进泵旋转失速及流固耦合研究 |
| 关键词： | 斜流式喷水推进泵;旋转失速;流固耦合;数值模拟 |
| 摘要： | 随着喷水推进及喷水推进制造技术的发展，采用喷水推进器作为船舶动力的船只越来越多。斜流式喷水推进器具有压头高，流量大，空化性能好等优点，被认为是高速两栖车辆的理想喷水形式。但是斜流泵在小流量下会出现失速现象，泵在失速工况下运行会产生振动与噪声，且叶片与粘性流场的相互作用不仅会激发叶片的振动，严重时会导致其疲劳断裂。因此，斜流泵旋转失速的研究及流固耦合分析在流体机械领域具有极其重要的意义。 本文采用数值模拟的方法对斜流式喷水推进泵进行旋转失速及流固耦合研究，研究工作和主要结论有: 1、运用Pro/E及ICEM-CFD软件对斜流式喷水推进泵进行三维造型及网格划分，对网格概念及网格分类进行了介绍，并对模型泵进行网格无关性验证，确定了合理的数值计算网格。 2、采用CFX软件对斜流式喷水推进泵内部流场进行定常计算。研究发现，在0.65QBEP～0.68QBEP工况下发现正斜率流量—扬程曲线，其主要原因为当流量为0.68QBEP时，叶轮出口有效直径降低造成扬程下降，随着流量继续减小，内部流态从斜流式转变为离心式又引起扬程上升，两者共同作用造成正斜率性能曲线发生。轮缘间隙的泄漏对性能曲线有影响，但是正斜率性能曲线的存在并不完全取决于轮缘间隙泄漏。由于逆向的压力梯度而造成导叶内部的回流是引起正斜率性能曲线的主要原因。 3、在定常计算的基础上对模型泵进行非定常计算。研究发现，失速区沿圆周方向传播，其方向与叶轮旋转方向相反，传播速度约为叶轮转速的16.7％。失速工况下各监测点的压力脉动比非失速工况下要剧烈，导叶进口及内部的轴频在失速工况下相比于设计工况下有了较大的提升，且导叶内部轴频的上升比导叶进口处更大。 4、应用ANSYSWorkbench软件，运用流固耦合方法对斜流式喷水推进泵叶轮和导叶在空气中、不同工况定常计算下以及失速工况非定常计算下进行结构动力性能分析。研究发现，叶轮转子在空气中的激振频率低于固有频率，不会发生共振，导叶在空气中的振动变形的最大值均发生在导叶壳体上。叶轮转子在水中的频率低于空气中的频率，但是不同流量下的频率相差很小。导叶在三个不同流量下的频率变化很小，且随流量增大，频率逐渐增大。叶轮和导叶在失速工况下不同时间步的变形相差很大。 |
| 作者： | 吴涛涛 |
| 专业： | 流体机械及工程 |
| 导师： | 潘中永 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 江苏大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
检索历史
应用推荐
