轴流式喷水推进泵水力设计和性能检验

基于Matlab-Simulink建立了一套轴流式喷水推进泵计算机辅助设计(CAD)程序(其中叶轮采用升力法设计,导叶采用流线法设计),实现了其水力设计参数的快速选择与计算,直接得到了叶片流面的空间坐标,可方便进行三维几何造型.采用计算流体力学(CFD)方法,通过建立计算域、划分高质量结构化网格、定义边界条件、数值计算和后处理等步骤详细分析了所设计轴流式喷水推进泵内流场分布,并对扬程、效率等水力性能进行综合检验.通过实例详细阐述了轴流式喷水推进泵CAD设计和CFD水力性能预报的各个环节,结果表明该方法可快速、高效、优质的完成轴流式喷水推进泵的水力设计、性能评估和结构优化,对加速喷水推进泵的研发和促进喷水推进在国内应用具有积极意义.

采用CFD方法的喷水推进轴流泵导叶整流性能改进研究

采用CFD方法对某喷水推进双级轴流泵流体动力性能进行预报,通过与实验结果的对比确认了该方法的可信性。通过观察设计工况泵内部流场速度、压力等参量和流线分布情况,并考察导叶出口沿不同半径处的速度环量分布,发现导叶的整流效果有进一步提高的空间。基于圆弧骨线设计法,改变导叶叶片安放角,对该轴流泵重新进行数值计算与分析。计算结果表明,改进后导叶的整流性能得到改善。最后,对比分析了不同导叶叶片数对整流性能的影响。

喷水推进双级轴流泵流体动力性能CFD分析

采用高质量结构化网格对某喷水推进双级轴流泵整个数值模拟系统的各部件进行区域离散,利用CFD方法预报该泵扬程、功率和效率等外特性,分析其内部流动情况。计算结果与实验数据的较好吻合证明了CFD方法可以作为通过试验求取喷水推进双级轴流泵特性曲线的辅助方法。研究中对有、无轴情况下双级轴流泵外特性的预报和比较结果表明,轴对该泵动力性能预报结果影响不大;通过计算叶片压力分布,验证了该双级泵叶轮叶片设计中采用的线型;通过观察一、二级导叶出口的流动状态,分析了该泵设计中存在的缺陷,并为导叶改进设计提出建议。

叶顶间隙对喷水推进轴流泵空化性能影响

采用标准k-ε湍流模型和Mixture多相流模型对喷水推进轴流泵五种不同叶顶间隙下的流场进行数值模拟;并对其不同叶顶间隙下的空化性能进行分析。结果表明,随着装置空化余量的降低,空化最先在叶轮进口轮缘附近发生;然后逐渐向叶轮出口边、轮毂及压力面方向扩展开去。随叶顶间隙的增大,临界空化余量逐渐增大;且叶片吸力面空化面积增大,抗空化性能下降;叶顶间隙的存在导致叶轮出口轴向速度在靠近间隙的20%叶高区域降低;在相同装置空化余量下,叶轮出口轴向速度下降的速度随叶顶间隙值的增大而加快。

叶片厚度对喷水推进轴流泵空化性能的影响

采用三维雷诺平均N-S方程和标准k-ε湍流模型对不同叶轮叶顶厚度参数的喷水推进轴流泵流场和性能进行数值仿真。计算中选取的叶顶厚度参数分别为叶顶最大厚度(3 mm、5 mm、7 mm和9 mm)和不同叶顶最大厚度位置(20%c、40%c、60%c和80%c)。计算结果表明:在小流量工况下,随着叶顶最大厚度的增加,水力效率上升;当流量超过444 kg/s时,水力效率下降,且在相同的流量下,最高效率点下降,抗空化性能下降;随着叶顶最大厚度位置向后移动,喷泵最佳工况区域向小流量方向移动,且最佳工况区范围变窄;当最大叶顶厚度位置靠近进出口位置时,叶片进口侧靠近叶根区域易产生局部空化。由此可知,选择合理叶顶最大厚度位置,可有效提高抗汽蚀特性,避免发生局部空化。

径向和轴向间隙对喷水推进轴流泵特性影响数值分析

采用三维雷诺平均N-S方程和S-A湍流模型对不同叶轮间隙的喷水推进轴流泵流场及水力性能进行数值计算。计算中选取的相对径向间隙δ(径向间隙尺寸与叶轮直径之比)分别为0.2%,0.4%,0.6%和0.8%,选取的轴向间隙分别为10 mm,15 mm,20 mm和25 mm。计算结果表明:随着δ的增大,泵模型水力性能降低;当δ增大到0.6%时,小流量工况下泵模型的效率和扬程下降加快,设计工况下的叶片进口形成泄漏涡,泄漏损失增大;当轴向间隙增大到20 mm时,静叶吸力面出现分离螺旋点,易引发汽蚀,泵模型选用的轴向间隙为15 mm。

叶轮叶顶厚度对喷水推进轴流泵空化性能的影响研究

采用三维雷诺平均N-S方程和标准k-ε湍流模型对不同叶轮叶顶厚度参数的喷水推进轴流泵流场和性能进行数值仿真。结果表明:叶顶最大厚度对喷水推进泵的空化特性产生一定影响,当叶顶最大厚度增加时,在小流量工况,其水力效率上升;当流量超过444 kg/s,特别是超过额定流量时,其水力效率反而下降,且在相同的流量下,最高效率点降低。随叶顶最大厚度的增加,喷泵扬程减小,抗空化性能下降,汽蚀比转速减小。因此,本文选择的叶顶最大厚度为3 mm。选择合理叶顶最大厚度,可有效提高抗汽蚀特性,避免发生局部空化。

叶片数对喷水推进低比转速轴流泵叶轮水动力性能的影响

喷水推进低比转速轴流泵是随着喷水推进技术的发展而产生的一种新泵型。针对一型低比转速轴流泵叶轮叶片数分别选取为5、6、7建立三组叶轮模型,选择RNG k-ε两方程涡粘模型进行叶轮内流场与功率、总压扬程、效率的数值模拟计算,得到三组叶轮的相关水动力曲线。在此基础上分析叶片数对低比转速轴流泵叶轮水动力性能的影响,得到叶片数对功率、总压扬程与工况点影响较大,而基本不影响最高效率的结论,为我国该类泵型的深入研究提供参考。

基于CFD的前置导叶轴流泵通用特性曲线预报

通过求解由RNG k-ε二方程湍流模型封闭的相对定常雷诺时均方程,对初始设计的前置导叶轴流泵进行全三维数值模拟,得到通用特性曲线。分析设计工况点是否在最佳效率处,设计点是否成功。捕捉前置导叶轴流泵内流场,观察导叶预旋是否到位,尾流场是否有旋流。所得的结果对初始设计的前置导叶轴流泵的改进和优化具有十分重要的意义。

对旋轴流式喷水推进泵压力脉动的数值计算

为了解喷水推进泵内部压力脉动特性,以对旋轴流式喷水推进泵为研究对象,应用计算流体动力学(CFD)方法,采用雷诺时均法并引入SST k-ω湍流模型使方程封闭,对对旋轴流式喷水推进泵进行设计工况下非定常数值模拟.经网格无关性检验后,计算得到的推进泵功率与扬程与设计值基本一致.在首级叶轮进口处,首、次级叶轮轮缘间隙处,轴向间隙及导叶进口处设置监测点,监测不同位置的压力脉动数据.得到各监测点的时域图和频域图并对各监测点压力脉动特性进行了对比分析.结果表明:对旋轴流式喷水推进泵内压力脉动主要受叶频的影响,首级叶轮和次级叶轮轮缘间隙处的压力脉动不仅与首、次级叶轮的叶片数有关,还与喷水推进泵叶轮数量有关;受两级叶轮反向旋转的影响,轴线方向上首级叶轮与次级叶轮之间轴向间隙处的压力脉动幅值最大,轴向间隙的压力受到首级叶轮和次级叶轮的共同影响;次级叶轮出口与导叶进口处压力脉动主要受到导叶回流的影响.

喷水推进液压系统用恒压力/流量控制斜盘柱塞泵的建模与动态特性仿真

在分析喷水推进装置操舵和倒航操作原理与要求的基础上,建立了A10VO-DFR型的恒压力/流量控制斜盘式变量柱塞泵的数学模型,并基于Matlab软件的Simulink模块,搭建了该泵仿真模型,重点研究了在变转速工况、变负载工况、变节流阀阀口工况下泵的输出流量的变化关系,所获得的结论对改进喷水推进装置液压系统的性能提供了理论依据。

导边形状对轴流式喷泵性能影响的计算分析

以某高速摩托艇喷水推进泵为研究对象,通过数值试验的方法计算分析不同叶轮导边形状对喷泵水力性能和空化性能的影响。以Ka Me Wa71SⅡ型喷水推进器的混流式喷水推进泵为例,采用基于雷诺时均的数值计算方法对其水动力特性进行模拟,对该高速摩托艇叶轮直导边及两种不同程度的修圆的弧形导边的轴流式喷泵性能进行计算,利用CFX软件后处理分析发现导边修圆可以有效改善空化性能,但在小于设计流量时对效率会有一定的不利影响,对功率和扬程的影响很小。

关于喷水推进串列式轴流泵叶轮参数选择与计算的探讨

本文论述了设计喷水推进串列式轴流泵的相关技术要点,包括首级叶轮对次级叶轮进流的影响、两 级叶轮载荷配置及翼型选择、叶片数的选择、环量分布的选择与计算以及前后叶轮的轴向距离与周向偏距(相位角 变化)对性能的影响等。

喷水推进轴流泵的水力设计及性能分析

借鉴陆用轴流泵设计经验,利用Concepts NREC软件设计了三种不同安装角的喷水推进轴流泵,并采用三维雷诺平均N-S方程和S-A湍流模型对其流场和性能进行数值仿真。计算结果表明:叶片安装角对喷水推进轴流泵的性能和流场影响较大,动叶进口安装角减小6°后效率可提高3%~5%,叶片进口的狭窄高压区明显改善,动叶吸力面分离区和分离流动损失明显减小,叶片载荷分布更加均匀;静叶进口安装角减小后扬程和效率都有所提高,静叶出口的流场形态得到改善,角区分离得到控制、回流损失减小。

叶片安装角对喷水推进轴流泵动叶的影响

采用三维雷诺平均N-S方程和S-A湍流模型对多种不同叶片安装角的喷水推进轴流泵动叶流场和性能进行数值研究.计算结果表明,增大动叶进、出口安装角可以提高动叶的水力性能;设计工况下,进口安装角增大2°,出口安装角增大6°时动叶的水力性能最优;非设计工况下,动叶进口安装角的增加会增大小流量工况时动叶吸力面的分离区,而出口安装角的增大会拓展动叶大流量工况时高效工作区的范围,并充分发挥动叶做功能力,但在小流量工况下动叶的流动比较紊乱,会产生较大的角区分离.

喷水推进系统在浅水高速工况下适应性问题的数值分析

针对单级喷水推进系统在浅水高速工况下适应性差的问题,提出了双级对转泵喷水推进方式。采用高质量结构化网格对数值模拟系统的各部件进行区域离散,利用不可压缩RANS方程模拟出喷水推进装置内复杂的流动情况。设计条件下的计算结果与理论推导结果的吻合性证实了数值方法的合理性。比较设计工况下的流量、喷水泵叶片的空化范围,得出了在输入功率相同的情况下,相比较单级喷水推进系统,双级喷水推进方式可以提高浅水作业能力的结论,并进一步探索最小航行深度。