喷水推进器内部瞬态流动特性研究

为了研究喷水推进器内部存在的非稳态流动特性,运用瞬态数值模拟计算方法,对不同工况下各航速叶轮进流面压力脉动变化规律进行了分析研究,得到以下结论:在叶轮进流面上,静水航行和海浪航行条件下的压力脉动强度沿轮毂至轮缘方向逐渐降低;在海浪条件下,叶轮轮毂处流体流动受驱动轴扰动和流道非均匀出流影响,流动更为复杂;当海浪波峰在进水口前端时,中低航速工况下,进流面流体压力波动幅度较波峰在进水口后端更为剧烈,在高航速工况下,情况反之。

来流含气条件下喷水推进器内部涡结构数值分析

基于Eulerian-Eulerian非均相流模型对来流含气条件下喷水推进器叶轮内涡结构分布进行数值分析,发现由于进流中存在气相介质,使得叶轮中涡量分布较纯水中发生改变。在旋转效应和形变效应影响下,气相介质表面与内部的涡旋方向相反,随着航速升高,流道内流动状态趋于稳定,高涡量分布区域逐渐减少。在瞬态数值计算中,运用Ω涡识别方法发现气相介质的存在会使得叶顶泄漏涡强度和大小发生改变,尾缘涡较纯水中出现明显延展现象。由此说明喷水推进器在来流含气条件运行时,叶轮内涡结构的产生和发展会受到气相介质影响。

基于熵产理论的不同斜航角下的喷水推进器能量损失

为研究高速进流状态、不同斜航角下的喷水推进器内部流动损失特性,采用SSTk-ε湍流模型对喷水推进器内部流场进行定常计算,并根据熵产理论对不同斜航角下喷水推进器各部件的流动损失特性进行定量分析。研究结果表明,喷水推进器内部能量损失的主要来源是湍流耗散,其熵产比率最高可达91%。斜航角越大,喷水推进器内部流动损失越大,进水流道出口处流动的不均匀度越高,叶轮段高熵产区域越大,且分布不均匀;导叶段能量损失在各斜航角下均较大,导叶各流道轮毂处存在大量紊乱的流线,随着斜航角的增大,形成大面积的分离涡团。