浸没式喷水推进器脉动流场特性数值分析

为分析浸没式喷水推进器的流场脉动特性,分别以前置定子式和后置定子式喷水推进器为对象,完成船后推进器瞬态流场的数值仿真;分析导管、定子和转子脉动压力、脉动推力特性。结果表明,对前置定子式喷水推进器而言,静止部件的推力主要由导管产生,导管壁面的压力脉动远大于定子;受转子和定子相互作用的影响,转子和导管内壁相互作用区域的流场脉动最强,且体现了转子特征。对后置定子式喷水推进器而言,由于定子后置其对转子进流影响减弱,使得各部件脉动流场均体现了转子信息,且转子脉动力幅值增加。结合不同结构形式浸没式喷水推进器的脉动流场分析结果可知,后置定子式推进器的流场脉动量要低于前置定子式推进器;且前置定子式喷水推进器的脉动流场特征较后置定子式喷水推进器更为复杂,亦不利于推进器的降噪设计。

浸没式喷水推进船模快速性试验研究与推进性能分析

本文针对一型浸没式喷水推进船模和一型螺旋桨对标母型船模,开展推进器敞水试验、船体阻力试验与自航试验研究,系统分析两种推进方式对应的推进器本体、“船体-推进器”系统推进性能的差异与变化特性。研究结果表明:(1)浸没式喷水推进器模型尺度下的敞水效率与螺旋桨相当,最高效率达到0.72,且高效工况区范围更宽;(2)相较螺旋桨推进船,浸没式喷水推进船的艉部附体少、布置简洁,显著减小了附体引起的船体阻力增加;(3)浸没式喷水推进船模在Fr=0.20与Fr=0.26二种典型工况自航条件下的推进效率分别为64.7%和66.1%,分别高出螺旋桨推进对标船模1.2和5.3个百分点,对应于浸没式喷水推进器的主机功率较螺旋桨分别下降9.41%和15.4%,浸没式喷水推进船具有更好的快速性与节能效果。该研究可为高效低噪的高速排水型船舶新型泵类推进器研制及“船体-推进器”一体化优化设计提供有益的技术参考。

浸没式喷水推进器壳体阻力特性及内部回流研究

针对典型的浸没式喷水推进器壳体,为了分析单一壳体与船体-壳体一体化结构下的阻力特性,以及涡流发生器对改善壳体内部流动分离的影响,重点分析了涡流发生器的安装方向和角度对流动控制的影响。结果表明,船体底板结构对壳体-船体结合后的阻力特性产生显著影响,壳体压力损失系数在15 m/s的来流工况下从3.42增加到3.73;采用发散布置的涡流发生器能有效抑制壳体内部上方的流动分离,并将壳体外壁的压差阻力降低了58.4%,显著提升了壳体阻力性能;适当的涡流发生器安装角度(15°)不仅能有效控制壳体内部流动分离,而且在保持进口流场均匀性的同时显著提升壳体的阻力性能。研究结果为浸没式喷水推进系统的设计提供了理论依据。

浸没式喷水推进两栖车推力减额特性与艉部布置研究

本文基于RANS方法和重叠网格技术开展浸没式喷水推进两栖车阻力和自航性能数值模拟研究,分析其在0.468<Fr<0.675范围内推力减额的变化规律,并针对设计工况优选车体与推进器的匹配方案。研究结果表明:在全航速范围下喷水推进器的抽吸作用会大幅降低车尾区域压力,这是造成推力减额的最主要原因;喷水推进器的射流以及车体的姿态变化也是影响推力减额特性的重要因素;低航速时两栖车尾封板浸在水中,姿态变化对推力减额影响较小,喷水推进器射流导致车尾回流更明显,造成较大的推力减额;高航速时两栖车尾部扫空,喷水推进器射流对推力减额影响较小,但姿态变化对两栖车推力减额的影响较大,适当将浸没式喷水推进器后移或喷口向下倾斜可有效降低推力减额。本文研究结果可为浸没式喷水推进两栖车推进方案优化设计提供技术参考。

喷速比对浸没式喷水推进器推进性能的影响

为了研究喷速比对浸没式喷水推进器性能的影响,选取喷速比分别为1.64和1.7的两型浸没式喷水推进泵,运用三元设计方法对两型浸没式喷水推进泵进行了水力设计。运用计算流体力学(CFD)方法分析了浸没式喷水推进泵的水力性能和空化性能。将这两型浸没式喷水推进泵分别安装在某型船上,对两型浸没式喷水推进泵装船后的推进性能进行了CFD数值模拟。研究表明:在设计航速时,两型浸没式喷水推进泵的空化性能都满足要求,并且推进效率都达到了63%以上,但喷速比为1.64时推进效率较高。

浸没式喷水推进器水动力噪声的数值预报

为掌握浸没式喷水推进器水动力噪声的基本特征,基于点源模型和边界元方法探索该型推进器噪声的数值预报方法,并分析导管内壁面脉动压力特点以及导管对叶轮声场的屏蔽效应。结果表明:浸没式喷水推进器由于存在叶轮和导叶的相互作用,使得在导管内壁面存在较强的径向力脉动,导致静止部件声场在径向方向贡献最大;导管对旋转叶轮声场在较大范围内均存在一定的屏蔽效果,在径向方向最为显著;导管屏蔽效应导致推进器声场指向性与螺旋桨声场指向性存在较大差异。

基于自适应网格技术的浸没式喷水推进尾流场CFD研究

以自主研发的弱尾迹浸没式喷水推进系统为研究对象,应用CFD方法,将自适应网格(AMR)技术与流体体积模型耦合,开展数值模拟,探索该技术应用于喷水推进船舶自航的可行性。将仿真结果与模型试验数据进行比较,表明基于AMR技术的喷水推进船舶自航模拟方法可获得较高的精度,能大范围捕获流场信息,且选取的浸没式喷水推进器在中低航速时能有效抑制尾迹。