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非均匀进流下喷水推进效率的研究
| 论文题名： | 非均匀进流下喷水推进效率的研究 |
| 关键词： | 喷水推进泵;非均匀进流;无轴式结构;水力性能 |
| 摘要： | 喷水推进器是船舶喷水推进的动力装置，主要过流部件包括喷水推进泵、进水流道、喷嘴和倒车斗。理论研究表明喷水推进器的推进效率在53％～63％之间，但是经市场调研发现，现有产品的实测效率普遍偏低，平均效率只有40％。针对此现象，本文选取江苏某企业一款型号为SDPM-450的喷水推进器作为研究对象，深入分析喷水推进器低效的原因，探求提升喷水推进效率的最佳途径，并从设计和结构的角度提出优化方案。主要的研究工作如下: 1.理论研究喷水推进系统的能量分配情况，阐述了航速比、伴流系数、进水流道损失系数与推进效率之间的关系。立足于推进效率，求解验证了最佳工况点的判别式，确立了以喷嘴直径和伴流系数为关键变量的高效参数选取办法。 2.仿真研究喷水推进器能量损失模型，确定进水流道和喷水推进泵为主要损失部件，非均匀进流是喷水推进低效的根本原因。考虑船底边界层，运行正则化螺旋度法分析进水流道内部涡的演变过程，认定不稳定二次涡的形成和耗散是其内部水力损失的主要原因。立足于非均匀进流，三维描述泵进流速度场的圆周、轴向和径向分量，着重分析了各分量对进流下喷水推进泵性能的影响，确立了以进口预旋和环量为关键因素的喷水推进泵三元设计方法。 3.围绕进水流道的结构，运用正则化螺旋度法阐述了非均匀进流场形成的原因。选取关键因素驱动轴作为突破口，着重探讨轴径、转速与不均匀性的关系，推测轴径为零时均匀性最佳。 4.摒弃驱动轴，提出了一种无轴式结构。基于内部流动诊断，辩证的分析了无轴式喷推进泵和进水流道的水力性能。采用理论推导和仿真分析相结合的方法验证了无轴式喷水推进器性能的优越性，设计点的推力和效率提高3％左右。 5.立足于实践，设计一款永磁悬浮喷水推进器。磁力驱动装置的引入解决无轴式推进器轮缘驱动的问题;永磁悬浮动态平衡理论的应用实现了推进器转子部件的稳定高速运行。考虑原动机，对比分析整体装置的能耗发现永磁悬浮喷水推进装置比原模型节能11％，具有广泛的应用前景。 |
| 作者： | 曹璞钰 |
| 专业： | 流体机械及工程 |
| 导师： | 王洋 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 江苏大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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