喷水推进器进水流道出流畸变特性及控制方法研究

发布时间：2021-11-20 20:06

　　作为一种新型舰船推进方式,喷水推进器因其优越的操纵性能在军民高性能舰船上均有着广泛的应用。然而,喷水推进器的主要过流部件进水流道由于自身几何形状存在不对称性,其出流的畸变性导致喷水推进泵入口流场重新分布,对泵的影响不容忽视。传统设计中均匀来流的假设已经不能满足工程实际需求,应充分考虑进水流道出流场的非均匀特性。本文在江苏省自然科学基金（BK20190847）与中国博士后科学基金面上项目（2019M661744）的资助下,以现有平进口式进水流道为研究对象,将其出流面不均匀度与唇口最低压力设定为优化目标,结合径向基神经网络和NSGA-II算法,寻求能使两个优化目标同时得到最大改进的进水流道几何特征参数,并详细探讨这种出流畸变控制方法对进水流道内流特性、出流畸变形成特性与喷水推进泵性能的影响。本文主要的研究工作和内容如下:（1）面对喷水推进器进水流道出流畸变研究成果单薄的现状,借鉴喷气发动机S弯进气道相关工作对该领域进行发展与完善。通过探究进水流道获流面的确定方法,计算求解虚拟进流管,从而将其与进水流道实体合并视为S形弯管。该S形弯管出流畸变流动结构参照S弯进气道出流畸变特性、类型与评价指标... 

【文章来源】：江苏大学江苏省

【文章页数】：88 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
主要符号和简称说明
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 喷水推进器进水流道研究现状
        1.2.1 进水流道内流特性
        1.2.2 进水流道出流畸变对喷水推进泵性能的影响
        1.2.3 进水流道出流畸变控制方法研究现状
    1.3 喷气发动机S弯进气道研究现状
        1.3.1 压气机进气畸变分类及成因
        1.3.2 总压畸变
        1.3.3 旋流畸变
    1.4 本文主要研究内容
第二章 基础及理论
    2.1 喷水推进器基础理论
        2.1.1 喷水推进系统动量变化
        2.1.2 喷水推进系统能量变化
    2.2 喷水推进器特征参数
        2.2.1 进水流道几何参数
        2.2.2 喷水推进器设计参数
    2.3 喷水推进器数值计算
        2.3.1 喷水推进器的网格划分
        2.3.2 边界条件设置
        2.3.3 进水流道获流面的确定
    2.4 喷水推进泵外特性试验
    2.5 本章小结
第三章 多目标遗传算法NSGA-Ⅱ
    3.1 NSGA-Ⅱ概述
    3.2 构建水力性能预测模型
        3.2.1 筛选主要特征参数及确定设计域
        3.2.2 拉丁超立方抽样构建样本空间
        3.2.3 优化目标
        3.2.4 RBF神经网络建模
    3.3 NSGA-II遗传算法寻优
    3.4 优化结果
    3.5 本章小结
第四章 进水流道优化前后水动力特性研究
    4.1 进水流道优化前后水力性能研究
    4.2 进水流道优化前后出流特性研究
        4.2.1 出流轴向速度研究
        4.2.2 出流旋涡特性研究
    4.3 进水流道优化前后低压区分布研究
    4.4 进水流道优化前后湍流特性研究
        4.4.1 湍流输运模型
        4.4.2 设计航速下湍流特性对比
        4.4.3 不同航速下湍流特性对比
    4.5 进水流道优化前后能量特性研究
        4.5.1 能量输运模型
        4.5.2 不同航速下输运能量对比
        4.5.3 设计航速下能量分解和输运差异
        4.5.4 设计航速下能量输运差异的再分解
    4.6 本章小结
第五章 进水流道优化前后喷水推进泵水动力特性研究
    5.1 进水流道优化前后喷水推进泵性能对比
    5.2 进水流道优化前后出流流态描述
        5.2.1 进流畸变评价
        5.2.2 周向分离涡
        5.2.3 周向分离涡对叶轮进流场的影响
    5.3 喷水推进泵叶轮轮毂处内部流动分析
        5.3.1 流动分离
        5.3.2 旋涡结构
        5.3.3 叶片静压分布
        5.3.4 叶片载荷突变
    5.4 喷水推进泵叶轮轮缘处内部流动分析
        5.4.1 流动分离
        5.4.2 旋涡结构
        5.4.3 叶片静压分布
        5.4.4 叶片载荷突变
    5.5 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 研究工作总结
    6.2 研究工作展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间取得的相关科研成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]叶片泵入流畸变的研究现状与展望[J]. 王悦荟,刘聪,许忠斌,成明祥,厉永福.  轻工机械. 2017(06)
[2]喷水推进进口流道唇口参数对出口不均匀度和驻点位置影响分析[J]. 汲国瑞,蔡佑林,李宁,俞瑜.  中国造船. 2016(04)
[3]喷水推进进口流道倾斜角对其效率影响分析[J]. 汲国瑞,蔡佑林,李宁,尹晓辉,俞瑜.  舰船科学技术. 2016(05)
[4]整体涡旋流畸变对压气机性能影响的研究[J]. 胡伟波,程邦勤,陈志敏,王浩.  推进技术. 2015(09)
[5]喷水推进器最佳工况[J]. 曹璞钰,王洋,李贵东,彭帅.  排灌机械工程学报. 2015(02)
[6]高性能船舶的类型及特点[J]. 吴家鸣.  广东造船. 2012(04)
[7]喷水推进器进水流道参数化设计方法[J]. 丁江明,王永生.  哈尔滨工程大学学报. 2011(04)
[8]入口唇角对喷水管道流动性能影响的数值分析[J]. 刘润闻,黄国富.  中国造船. 2011(01)
[9]喷水推进器进水流道不均匀度统一描述[J]. 魏应三,王永生.  武汉理工大学学报. 2009(08)
[10]喷水推进器进水流道倾角与流动性能关系研究[J]. 魏应三,王永生,丁江明.  舰船科学技术. 2009(04)

博士论文
[1]非均匀进流下喷水推进泵扬程损失机理及失稳特性研究[D]. 曹璞钰.江苏大学 2017

硕士论文
[1]喷水推进器倒车水斗流动特性及优化设计研究[D]. 岑春海.江苏大学 2019



本文编号：3508022