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喷水推进器起航阶段内部流动及空化特性分析

舰船科学技术 2024年第9期46卷 33-39页

作者：陈嘉豪潘中永江苏大学国家水泵工程技术研究中心江苏镇江212013

为了研究喷水推进器在起航阶段的内部流动以及空化特性,以一台轴流式喷水推进器为研究对象,基于Ansys CFX商用软件,采用SST k-ω湍流模型、ZGB空化模型对喷水推进器起航过程进行数值模拟。结果表明,喷水推进器在起航阶段流量与扬程出现... 详细信息

为了研究喷水推进器在起航阶段的内部流动以及空化特性,以一台轴流式喷水推进器为研究对象,基于Ansys CFX商用软件,采用SST k-ω湍流模型、ZGB空化模型对喷水推进器起航过程进行数值模拟。结果表明,喷水推进器在起航阶段流量与扬程出现滞后效应,进水流道内部流态较为紊乱,出现明显的流动分离现象。喷水推进泵整体湍动能随着起航过程时间的增加而增加,在叶顶处由于叶片压力面与吸力面压差升高形成叶顶泄漏涡而最为明显。叶轮内空泡体积分数随着起航过程的发展而增大,起航完成后稳定阶段空泡体积分数较最高值降低了4.2%,并且严重的空化抑制了喷水推进器的推进效率,起航阶段效率总体呈现为先增大后减少。

关键词：喷水推进器起航内流特性空化数值模拟

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船用喷水推进器内部流动特性分析

排灌机械工程学报 2022年第1期40卷 55-61页

作者：刘月伟潘中永江苏大学国家水泵及系统工程技术研究中心江苏镇江212013

为了解航速对船用喷水推进器内部流动特性的影响,以轴流式喷水推进器为研究对象,基于ANSYS-CFX软件,采用N-S基本方程和标准k-ε湍流模型,对以额定转速5500 r/min以及不同航速条件下的喷水推进器进行全流域定常数值模拟,得到了不同航速... 详细信息

为了解航速对船用喷水推进器内部流动特性的影响,以轴流式喷水推进器为研究对象,基于ANSYS-CFX软件,采用N-S基本方程和标准k-ε湍流模型,对以额定转速5500 r/min以及不同航速条件下的喷水推进器进行全流域定常数值模拟,得到了不同航速下喷水推进器叶轮叶片在不同切面上的压力载荷情况,各个过流部件上的湍动能变化规律以及内部不同截面上速度流线分布特征.计算结果表明:0.1span,0.5span和0.9span这3个不同切面上的压力载荷随航速变化规律基本一致,在叶片进口边压力达到峰值,在叶片出口边压力均略有下降.湍动能随着航速增加,总体呈增长趋势.各航速下的湍动能最大值主要分布在轮缘处.进水流道内部流动受驱动轴旋转和弯管曲率变化影响,出现带有旋涡的不均匀流动,旋涡受航速影响,低航速时旋涡集中于进水流道下壁面,高航速时旋涡集中于进水流道上壁面,在高航速时,旋涡会发生融合现象.

关键词：喷水推进器航速内部流动进水流道数值模拟

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喷口形状对喷水推进器性能的影响

排灌机械工程学报 2022年第6期40卷 588-595页

作者：孔冬梅潘中永宗平江苏大学国家水泵及系统工程技术研究中心江苏镇江212013

为探究不同喷口形状的喷水推进器推进性能,以一台轴流式喷水推进器为研究对象,应用计算流体力学的方法针对3种不同形状(平面形、凸面形和凹面形)喷口的喷水推进器进行定常数值模拟,对比分析额定转速与高转速时其不同形状喷口内部流动特... 详细信息

为探究不同喷口形状的喷水推进器推进性能,以一台轴流式喷水推进器为研究对象,应用计算流体力学的方法针对3种不同形状(平面形、凸面形和凹面形)喷口的喷水推进器进行定常数值模拟,对比分析额定转速与高转速时其不同形状喷口内部流动特征和喷水推进器推力性能,从而寻找最优推力性能的喷口形状.计算结果表明:叶轮转速在不断变化时,平面形喷口的推力性能始终大于另外2种形状喷口的喷水推进器性能;在高于额定转速时,空化发生会影响叶轮做功能力,从而降低喷水推进器推力性能;在额定转速时,平面形和凹面形喷口推力性能较好,但平面形喷口最高轴向速度分布较多;高转速时,平面形喷口受空化影响最小,能够持续提供稳定的动力.研究结果揭示了不同喷口形状对不同转速下喷水推进器的适用性以及喷水推进效能,可为喷水推进器性能优化及设计提供一定的理论依据.

关键词：喷水推进器喷口定常流动数值模拟推进性能

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自吸泵自吸过程气液两相流动特性

排灌机械工程学报 2022年第1期40卷 15-21页

作者：孔冬梅潘中永杨波江苏大学国家水泵及系统工程技术研究中心江苏镇江212013

为了研究自吸泵自吸过程内部流动规律,以一台外混式自吸式离心泵为研究对象进行气液两相流动定常数值模拟,分析在不同进口含气率下叶轮和蜗壳气液两相分布以及平均静压分布规律,为自吸泵的优化设计提供依据.研究结果表明:气相最先聚集... 详细信息

为了研究自吸泵自吸过程内部流动规律,以一台外混式自吸式离心泵为研究对象进行气液两相流动定常数值模拟,分析在不同进口含气率下叶轮和蜗壳气液两相分布以及平均静压分布规律,为自吸泵的优化设计提供依据.研究结果表明:气相最先聚集在靠近叶轮进口的叶片背面和隔舌区域,并随着进口含气率的增大,气相逐渐向叶轮和蜗壳流道内扩散,这不利于两相流输送,进而影响泵的自吸性能;叶轮内周向和轴向平面内含气率与进口含气率相近,但蜗壳内轴向平面上的含气率与进口含气率差别较大;叶轮与蜗壳内的低压区随着含气率的升高而逐渐减小,平均静压值却逐渐增大;随着相对高度增大以及进口含气率降低,叶轮轴向平面的平均压力下降明显,而蜗壳内轴向平面的平均压力呈现先减小后增大的趋势;当含气率超过10%时,扬程下降明显,泵的水力性能受进口含气率影响较大.

关键词：自吸泵气液两相流动含气率定常流动数值模拟

轴流式喷水推进器在来流含气条件下的空化特性分析

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江苏科技大学学报（自然科学版） 2022年第3期36卷 18-25页

作者：潘中永张帅刘月伟江苏大学国家水泵及系统工程技术研究中心镇江212013

为了研究喷水推进器在来流含气条件下的空化特性,以轴流式喷水推进器为研究对象,通过CREO软件对喷水推进器过流部件和船底流体水域进行三维建模并装配,对其进行结构网格划分,应用计算流体力学软件CFX对喷水推进器在不同来流含气条件下... 详细信息

为了研究喷水推进器在来流含气条件下的空化特性,以轴流式喷水推进器为研究对象,通过CREO软件对喷水推进器过流部件和船底流体水域进行三维建模并装配,对其进行结构网格划分,应用计算流体力学软件CFX对喷水推进器在不同来流含气条件下的空化流场进行了定常和非定常数值计算,同时结合喷水推进器推力性能试验,对比分析了来流含气条件对喷水推进器空化特性的影响.计算结果表明,在来流含气条件下发生空化时,增加进口含气率在一定程度上可以提高喷水推进器抗空化性能并能减缓流场流动的不稳定性.

关键词：喷水推进器气液两相流空化数值模拟

基于熵产理论的不同斜航角下的喷水推进器能量损失

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船舶工程 2023年第7期45卷 71-77页

作者：吴旭潘中永方玉建熊文翰江苏大学流体机械工程技术研究中心江苏镇江212013 国家水泵产品质量检验检测中心(浙江) 浙江台州317521

为研究高速进流状态、不同斜航角下的喷水推进器内部流动损失特性,采用SSTk-ε湍流模型对喷水推进器内部流场进行定常计算,并根据熵产理论对不同斜航角下喷水推进器各部件的流动损失特性进行定量分析。研究结果表明,喷水推进器内部能量... 详细信息

为研究高速进流状态、不同斜航角下的喷水推进器内部流动损失特性,采用SSTk-ε湍流模型对喷水推进器内部流场进行定常计算,并根据熵产理论对不同斜航角下喷水推进器各部件的流动损失特性进行定量分析。研究结果表明,喷水推进器内部能量损失的主要来源是湍流耗散,其熵产比率最高可达91%。斜航角越大,喷水推进器内部流动损失越大,进水流道出口处流动的不均匀度越高,叶轮段高熵产区域越大,且分布不均匀;导叶段能量损失在各斜航角下均较大,导叶各流道轮毂处存在大量紊乱的流线,随着斜航角的增大,形成大面积的分离涡团。

关键词：喷水推进器能量损失斜航角熵产分析

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来流含气下喷水推进器瞬态流动特性分析

舰船科学技术 2023年第1期45卷 24-30页

作者：潘中永张哲轩刘月伟江苏大学国家水泵及系统工程技术研究中心江苏镇江212013

为了探究喷水推进器在来流含气条件下的内部瞬态流动特性,以某一喷水推进器为研究对象,通过瞬态数值计算,研究不同气相参数与叶轮进、出口面上压力脉动及叶轮径向力之间的关系。得出以下结论:随着进口含气量升高,进口面各监测点时域曲... 详细信息

为了探究喷水推进器在来流含气条件下的内部瞬态流动特性,以某一喷水推进器为研究对象,通过瞬态数值计算,研究不同气相参数与叶轮进、出口面上压力脉动及叶轮径向力之间的关系。得出以下结论:随着进口含气量升高,进口面各监测点时域曲线振荡频率加快,轮毂监测点振荡幅度减小,主频振幅先增大后减小;中间监测点振荡幅度和主频振幅先增大后减小,轮缘处监测点振幅和主频振幅均减小。出口面各监测点时域曲线波动规律性减弱,主频振幅均减小;随着气泡直径增大,进口面各监测点时域曲线振荡频率未发生明显改变,但振荡振幅明显增大,进口面轮毂与中间位置处监测点主频振幅先增大后减小,轮缘处监测点主频振幅变化规律相反;出口面各监测点时域曲线变化规律与进口面一致,但主频振幅变化规律各不相同;相同航速下两相流叶轮径向力较纯水时增加,同时随着航速升高、进口含气量及气泡直径增大,径向力增大,径向力脉动曲线振荡频率加快,振荡幅度增加。

关键词：喷水推进器气液两相流内部流场数值模拟压力脉动

来流含气条件下喷水推进器内部涡结构数值分析

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船舶工程 2023年第3期45卷 73-80,165页

作者：熊文翰潘中永方玉建刘月伟吴旭江苏大学流体机械工程技术研究中心江苏镇江212013 国家水泵产品质量检验检测中心(浙江) 浙江温岭317599 江苏中科能源动力研究中心江苏连云港222000

基于Eulerian-Eulerian非均相流模型对来流含气条件下喷水推进器叶轮内涡结构分布进行数值分析,发现由于进流中存在气相介质,使得叶轮中涡量分布较纯水中发生改变。在旋转效应和形变效应影响下,气相介质表面与内部的涡旋方向相反,随着... 详细信息

基于Eulerian-Eulerian非均相流模型对来流含气条件下喷水推进器叶轮内涡结构分布进行数值分析,发现由于进流中存在气相介质,使得叶轮中涡量分布较纯水中发生改变。在旋转效应和形变效应影响下,气相介质表面与内部的涡旋方向相反,随着航速升高,流道内流动状态趋于稳定,高涡量分布区域逐渐减少。在瞬态数值计算中,运用Ω涡识别方法发现气相介质的存在会使得叶顶泄漏涡强度和大小发生改变,尾缘涡较纯水中出现明显延展现象。由此说明喷水推进器在来流含气条件运行时,叶轮内涡结构的产生和发展会受到气相介质影响。

关键词：喷水推进器来流含气数值分析涡结构 Ω涡识别方法

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导流板安放角对喷水推进器倒车水斗性能影响

排灌机械工程学报 2020年第12期38卷 1251-1257页

作者：宗平潘中永岑春海江苏大学国家水泵及系统工程技术研究中心江苏镇江212013

为了研究导流板安放角对喷水推进器倒车水斗性能的影响,基于ANSYS-CFX软件对不同导流板安放角(5°,10°,15°,20°,25°和30°)下倒车水斗进行数值计算,对比分析了导流板安放角对倒车水斗推力性能以及流道内流场分布情况的影响,得出了... 详细信息

为了研究导流板安放角对喷水推进器倒车水斗性能的影响,基于ANSYS-CFX软件对不同导流板安放角(5°,10°,15°,20°,25°和30°)下倒车水斗进行数值计算,对比分析了导流板安放角对倒车水斗推力性能以及流道内流场分布情况的影响,得出了倒车水斗导流板安放角对喷水推进器倒车水斗性能的影响规律.结果表明:相较于无导流板,安装导流板后倒车水斗壁面压力分布得到很大程度改善,出口流速最大值增加.随着导流板安放角的增加,倒车水斗出口流速最大值呈现先增加后减小的趋势,而其流道各截面的压差呈现先增加后减小、然后再增加的变化趋势;导流板安放角为15°左右时,倒车水斗流道内流场分布较好,同时其推力相对较大,此时喷水推进器倒车水斗性能最佳.因此合适的导流板安放角可以有效避免倒车水斗流道内过高压区与过低压区的出现,并导致流动分离现象的发生.

关键词：喷水推进器倒车水斗导流板安放角流动分离数值模拟