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对旋轴流式喷水推进泵的设计与流场分析
| 论文题名： | 对旋轴流式喷水推进泵的设计与流场分析 |
| 关键词： | 水上航行器;旋轴流式喷水推进泵;优化设计;流场分析 |
| 摘要： | 随着喷水推进技术的发展，对旋轴流式喷水推进泵因自身优势开始得到关注。对旋轴流式喷水推进泵具有结构紧凑、空化性能好及运行稳定区宽等优点，被认为是高性能水上航行器的理想推进形式。但是对旋轴流式喷水推进泵在小流量工况下出现流动不稳定现象，泵在此工况下运行会产生振动和噪声等不利影响，导致系统性能下降。本文以对旋轴流式喷水推进泵（下文简称喷水推进泵）为研究对象，采用数值模拟技术对喷水推进泵的外特性曲线、空化特性曲线、内部不稳定流场及两级叶轮间轴向间距的影响进行了较为系统地研究。本文的主要工作和创新点有: 1.系统地总结了国内外关于对旋轴流式喷水推进泵的研究现状，并对其发展趋势进行了展望。介绍了喷水推进泵中常用的叶轮类型及其设计方法，设计了一种新型的对旋轴流式喷水推进泵，首级导管桨叶轮采用环流理论法设计，次级轴流泵叶轮采用流线法设计。 2.研究了较为准确的喷水推进泵外特性数值预测方法。对数值计算过程中实体建模、网格划分、边界条件的设置及湍流模型的选择等关键问题进行了研究，建立了合理的数值计算模型。 3.对喷水推进泵整体数值模拟的外特性及空化性能与两级叶轮单独数值模拟的结果进行了对比研究，并分析了喷水推进泵有/无轮缘间隙对外特性的影响。发现喷水推进泵采用对旋形式其稳定运行区更宽及空化性能更好，且喷水推进泵外特性曲线出现正斜率现象并不取决于是否存在轮缘间隙。 4.对喷水推进泵在小流量工况下出现流动不稳定现象进行了研究。采用数值模拟技术研究了喷水推进泵内部不稳定流场及叶片载荷分布特性，定性分析了不稳定流动对正斜率性能曲线的影响，揭示了不稳定流动对叶轮进出口处轴面速度vm和绝对速度圆周分量vu的影响规律。发现在0.4Qd时次级叶轮叶片出现流动分离，导致了次级叶轮进出口处有效直径减小，从而使喷水推进泵扬程下降;随着流量的进一步减小，喷水推进泵叶轮内部流态由轴流式转为离心式，从而使其扬程小幅上升。 5.对喷水推进泵两级叶轮间轴向间距的影响进行了研究。采用数值模拟技术对喷水推进泵在不同轴向间距下的外特性及内部流场进行了对比分析，研究了两级叶轮间轴向间距对喷水推进泵内部不稳定流动的影响规律，发现在不稳定流动工况0.4Qd时不同轴向间距对外特性及内部流场影响较大，说明可以从不同轴向间距引起叶轮流道内的流场变化这个角度来分析喷水推进泵的性能特性，为选择合适的轴向间距提供参考。 |
| 作者： | 潘希伟 |
| 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： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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