基于熵产分析的喷水推进泵空化特性研究

喷水推进泵广泛应用于船舶动力等领域,其内部的空化流动特性对于推进性能具有重要影响。为了对空化流场中的能量损失进行定量评价,基于熵产理论对某轴流式喷水推进泵进行空化特性研究。由于叶顶间隙涡空化在轴流式推进泵中十分典型,数值方法中考虑局部涡流特性,采用旋转修正的SST-CC湍流模型和基于涡识别修正的空化模型,并根据模型泵的参考实验验证数值计算方法。研究结果表明:在不同空化系数条件下,随着空化程度的加剧,熵产值的增大反映了推进泵能量损失的增大,对应效率曲线的下降,泵内总熵产的变化规律与其功率特性基本一致。分析推进泵各段几何区域的能量损失可见,叶轮段的熵产占比最高,尤以湍流耗散和壁面耗散更为显著,这与叶轮叶顶间隙的涡流和空化流场密切相关。研究叶轮叶顶的流动特征可见,在不同空化条件下,叶顶间隙泄漏涡区域引发了旋涡空化,但显著的能量耗散出现在泄漏涡的外缘及附近壁面区域,而叶片表面的附着空化涡则是湍流耗散的主要来源。