高速艇喷泵叶顶间隙与轴向间距匹配和进水流道流场特性数值模拟

发布时间：2017-08-25 09:38

  本文关键词：高速艇喷泵叶顶间隙与轴向间距匹配和进水流道流场特性数值模拟

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【摘要】：喷水推进具有操作性能好、抗空泡能力强、推进效率高、传动机构简单、维护性能好、变工况范围广等优点被广泛应用于现代高速艇。喷泵和进水流道作为系统最重要的部件关系到整个推进系统的性能。喷泵叶顶间隙流场的分布,叶轮和导叶体之间的轴向间距大小是影响喷泵效率和流场的重要因素,进水流道的出口是水流进入喷水推进器的入口,流道的进水口面积和形状直接影响流道内的流场,从而影响喷泵流场。研究不同叶顶间隙和轴向间距的匹配,优化进水流道进水口面积对喷水推进器的设计有重要参考价值。本文以某高速艇喷泵为研究对象主要做了以下几方面的工作:1、运用UG建立喷泵的三维几何模型和全流道模型,建立三种叶顶间隙0.5mm(2.6%D)、1mm(5.1%D)、1.5mm(7.6%D)D为叶轮直径。参考泵的原始间距8.7mm,建立三种轴向间距为5.6mm、11.2mm、16.8mm,将两者进行匹配得到9个计算模型。对全流道模型分块处理,在ICEM中进行六面体网格划分。2、运用ANSYS-CFX对模型进行模拟计算,通过泵的推力和效率进行实验验证,模型的计算可靠。每个模型进行9中不同工况计算,得到叶片的压力和叶顶间隙压力的分布以及对叶顶流场有决定性影响的间隙压差曲线。3、计算结果表明:在小流量工况下,轴向间距的增加使得叶片吸力面发生空化的负压区增加,叶顶间隙增加使其减小。在额定流量工况下叶顶间隙和轴向间距的增加都使得叶片吸力面发生空化的负压区减小,叶片压力面出口段叶缘处高压区减小。在大流量工况下叶顶间隙和轴向间距的增加都使得低压区和高压区减小,叶顶间隙增加使得叶片压力面出口端叶缘处高压区增加,轴向间距增加使其减小。随着叶顶间隙的增加,轴向间距对叶顶间隙的压差影响由叶片出口段向进口扩展,轴向间距增加会弱化叶顶间隙增加对间隙压差的影响,流量的增加会同时弱化两者对间隙压差的影响。4、通过改变平进口进水流道的进水口纵向长度,得到4种不同进水口面积,对4种不同IVR工况模拟计算。从流道的出口截面压力分布、速度加权平均角、流道上下壁面压力分布、流道中剖面压力分布、过流损失来分析流道的流动性能。计算结果表明:进水口面积的增加主要表现在工况IVR较小时出口截面压力分布变得均匀。速度加权平均角增加1°~2°,流道上下壁面压力系数增加,流道抗空化能力提高。流道中剖面压力分布变得均匀发生空化的区域减小,流道过流损失减小。IVR较大时流道流场改善的幅度减小。
【关键词】：喷泵 叶顶间隙 轴向间距 进水流道 进水口面积 数值模拟
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U664.34
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-12
• 第1章 绪论12-20
• 1.1 喷水推进泵叶顶间隙与轴向间距匹配研究的背景和意义12-13
• 1.2 进水流道进水口面积研究的背景和意义13
• 1.3 国内外研究现状13-17
• 1.3.1 叶顶间隙和轴向间距国内外研究现状14-16
• 1.3.2 进水流道国内外研究现状16-17
• 1.4 叶顶间隙与轴向间距匹配以及进水流道进口存在的问题17
• 1.5 本文主要研究的对象及内容17-18
• 1.6 研究的思路和方法18-20
• 第2章 喷泵湍流数值计算方法20-34
• 2.1 CFD的求解过程总体流程20
• 2.2 控制方程20-21
• 2.3 湍流数值计算21-26
• 2.3.1 涡粘模型23-26
• 2.4 网格的划分26-29
• 2.4.1 结构化网格26-28
• 2.4.2 非结构化网格28-29
• 2.5 控制方程的离散方法和求解29-31
• 2.5.1 控制方程的离散方法29-31
• 2.5.2 求解31
• 2.6 边界条件31-32
• 2.7 本章小结32-34
• 第3章 喷泵的几何建模和网格划分34-42
• 3.1 喷泵几何模型的建立34-37
• 3.1.1 几何模型的建立34-37
• 3.1.2 泵的全流道流体模型建立37
• 3.2 流道网格划分37-40
• 3.3 本章小结40-42
• 第4章 喷泵叶顶间隙和轴向间距匹配数值分析42-66
• 4.1 计算模型42-43
• 4.2 边界条件设置和求解验证43-44
• 4.3 叶片压力计算结果与分析44-57
• 4.4 叶顶间隙处叶片的压力面和吸力面压差计算结果分析57-64
• 4.4.1 叶顶间隙压力分布57-59
• 4.4.2 叶顶压力面和吸力面压差取值点布置59
• 4.4.3 叶顶间隙处叶片的压力面和吸力面压差计算结果分析59-64
• 4.5 本章小结64-66
• 第5章 进水口面积对进水流道性能影响66-86
• 5.1 几何模型67-68
• 5.2 数值模拟68-70
• 5.2.1 边界条件和求解计算69-70
• 5.3 进水流道流动性能计算结果分析70-85
• 5.3.1 进水流道出口截面的压力分布70-72
• 5.3.2 速度加权平均角72-75
• 5.3.3 进水流道上下壁面压力分布及空化分析75-81
• 5.3.4 进水流道中剖面压力分布81-84
• 5.3.5 过流损失84-85
• 5.4 本章小结85-86
• 第6章 结论与展望86-88
• 6.1 结论86-87
• 6.2 展望87-88
• 参考文献88-92
• 攻读硕士期间发表的论文及参研项目92-94
• 致谢94

【参考文献】

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本文编号：736355