螺旋混流式喷水推进泵流致噪声特性分析

发布时间：2020-08-10 12:07

【摘要】：螺旋混流泵前半段类似螺旋泵,后半段类似混流泵,在结构上是两种叶轮的有机融合,在旋转工作时螺旋段有正排量特征,可以提供与螺旋桨类似的推力,后半段可以通过喷流提供推进的反作用力,在喷水推进领域有巨大的应用空间。针对其的研究涉及到推力性能、推进效率以及空化特性等方方面面,但在噪声领域的相关文献较少。本文以螺旋混流式喷水推进泵作为研究对象,对单叶片、带分流叶片及双叶片三种设计方案下噪声特性及噪声分布规律进行了分析,了解其噪声发生规律,之后基于以上研究在全流域下分析不同叶片数螺旋混流式喷水推进器各过流部件的噪声规律。具体的工作如下:(1)通过水槽试验获得推-阻力等数据,完成螺旋混流式喷水推进泵的水力设计,建立三维模型,采用ICEM进行计算域网格的划分,应用CFX对流场进行数值计算,通过对比多个湍流模型,选用合适的边界条件,湍流模型和收敛条件,将流场的计算结果导入声场中,对计算域的声场进行计算,并分析其计算结果。(2)采用RNG k-ε模型对流场计算域进行定常数值计算,分析了叶片数对螺旋混流泵性能特性的影响;以定常计算结果为初始条件,运用DES模型进行非定常计算,建立监测点监测叶轮及导叶表面压力脉动在不同运行工况下的变化规律,分析了螺旋混流泵中叶轮及导叶表面上压力脉动的特征,与之后声学计算结果建立关联。(3)基于流场的计算结果,运用声学有限元的方法对不同叶片数下螺旋混流泵中各过流部件的噪声特性进行数值计算,研究了不同流量工况下各过流部件的噪声特性及变化规律。(4)将螺旋混流泵作为动力装置应用于喷水推进系统中,讨论了三种设计方案下螺旋混流式喷水推进泵推力性能及运行性能的影响,之后对其进行非定常计算,对不同运行航速时泵喷推进系统中的压力脉动变化规律进行分析。(5)对螺旋混流式喷水推进器各过流部件的噪声特性进行分析研究,对比了不同转速下各过流部件噪声的变化规律以及叶片数对外场噪声特性和分布规律的影响。
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U664.34
【图文】：

示意图,螺旋离心泵,叶轮模型,混流泵

螺旋混流式喷水推进泵流致噪声特性分析得至关重要。本文中采用螺旋混流泵为研究对象，其兼具混流泵和螺旋泵的结构特征，有塞性能好、抗汽蚀性能优良且兼具直接推进和喷水反作用力推进的特点。为证泵的通过性以防止固体物质堵塞，螺旋混流泵一般仅有采用单叶片及双叶类设计方法。本文以螺旋混流式喷水推进泵为研究对象，设计出单叶片、带叶片及双叶片的三种不同叶轮形式的螺旋混流泵方案，通过模型实验和数值的方法全面了解螺旋混流泵的噪声规律及发声规律，并以此为基础将螺旋混应用于喷水推进器中，研究分析了其做泵喷时辐射噪声的规律。如图 1.1 是离心泵实体模型示意图，本文采用的螺旋混流泵就是在此基础上得出，图 1.国产核潜艇，本文采用的潜航器模型就是基于此相似换算所得。

示意图,核潜艇,混流泵

潜艇模型,试验系统

图 2.1 潜艇模型在全流域下试验系统图格栅 2-吊环 3-水下航行器模型 4-航行器质点 5-微型转速转矩仪 6- 喷水推进泵口 8-高精度数显测力计 9-高速摄像机 10- 转速、转矩及推力信息采集平台采用潜航器原推进系统（采用的一般的泵喷推进装置）进行测试，仪测试对应航速下电机提供的转速、扭矩、功率，在对潜航器进行时，保持转速不变，同时保证测量区间足够长确保测试结果的准确结果精确到小数点后两位，最终测得潜航器在不同的转速下对应的.3…）；之后使潜航器保持在系泊状态，给定与测试航速相同的来高精度数显式测力计，精度为 0.02，测试多组不同航速下的潜航器对同一航速下的阻力取平均值，根据潜航器在水槽试验中的对应阻三定理和工程经验确定推力的取值范围，并多次修正，最后确定推如表 2.1 所示。表 2.1 模型推进器相关设计参数设计参数数值设计航速(m/s) 2.17

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