喷水推进泵流场数值模拟分析

发布时间：2020-04-21 23:45

【摘要】： 喷水推进是一种特殊的推进方式,已经被广泛的应用在高性能舰船上。喷水推进泵作为喷水推进系统的主体,与普通水泵相比,在过流能力、泵效率、抗汽蚀性能及结构等方面都有更高的要求。因此,设计出大流量、高效率及抗汽蚀性能好的喷水推进泵是目前迫切需要解决的问题。本文基于两类相对流面理论,在给定泵轴面流道形状的基础上、以速度矩分布和叶片厚度分布为已知条件,应用奇点分布法对喷水推进泵进行准三维反问题优化设计,并通过Fortran语言编程来实现这一过程。完成对喷水推进泵的三维建模,并应用计算流体软件Fluent对其进行内部流场数值模拟计算。根据计算结果预估泵的扬程、效率、轴功率等外特性,并通过分析泵内部压力分布、速度矢量分布等掌握泵内流动情况,预测易汽蚀区域。本文在反问题设计过程中,对叶片的设计尝试了多种方案,包括改变沿轴面流线的速度矩分布方式、叶片进口液流角、叶片厚度最大位置等。通过数值模拟计算,分析这些方案的优劣,最终确定出满足设计要求的叶型。结果表明:(1)控制叶片的速度矩分布,能有效控制叶片的负荷分布,从而在一定程度上保证泵的抗汽蚀性能。(2)叶片进口液流角的不同对泵的性能影响很大,根据设计工况点,选择合适的液流角,在保证效率的同时可有好的抗汽蚀性。(3)通过计算可知,叶片最大厚度位置的不同对于泵的抗汽蚀性有一定的影响。将最大厚度位置适量后移,有利于提高泵的抗汽蚀性能。(4)叶片进口边位置的不同对泵的结构及性能也有很大的改变。不同方案的对比计算为泵的改进设计提供了有力的依据。最后,根据前面的计算分析确定泵的最终设计方案,提高转速,并通过流场计算预测泵的性能。
【图文】：

能量变化,液体,内压

7图 1.1 液体进入泵后的能量变化量：泵的吸入口并不是泵内压强最低的部位图 1.1 所示：由图可以看出，，泵内压强最低作面进口边缘的K 处。这主要是因为：①从面积一般是收缩的，所以在流量一定的情况因而压强相应地降低。②当液流流入叶轮流转弯而使流速加大，这在叶片非工作面K 点压强kp 急骤降低。③以上的流速大小、方向布不均匀，消耗掉部分压能，使液体压强降汽化压强vp 时，才能防止泵内汽蚀的发生内压强最低点的总压降称为必需汽蚀余量，

流程图,网格划分,流程,反问题设计

21图2.1 网格划分流程2.3.2.2 速度矩分布（一）叶片设计问题的提法关于叶片的反问题设计，即求解叶片几何形状，目前的几种提法[66][67][68]：（1）给定叶片表面的速度(或压力)分布；
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TH311

【参考文献】