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不同工况下无轴泵喷推进器间隙流动损耗特性数值分析

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水动力学研究与进展（A辑） 2022年第1期37卷 1-9页

作者：韩承灶阮华洪方文季斌武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室武汉430072 中国船舶科学研究中心船舶振动噪声重点实验室无锡214082

为研究无轴泵喷推进器间隙流动特性以及流动损耗机理,采用雷诺平均(RANS)方程对不同工况下无轴泵喷推进器周围流场进行数值模拟。该文首先进行了推进器水动力性能计算,通过与试验结果的比较,评估了湍流模型和网格数量对结果的影响。在... 详细信息

为研究无轴泵喷推进器间隙流动特性以及流动损耗机理,采用雷诺平均(RANS)方程对不同工况下无轴泵喷推进器周围流场进行数值模拟。该文首先进行了推进器水动力性能计算,通过与试验结果的比较,评估了湍流模型和网格数量对结果的影响。在此基础上,进一步采用柱坐标系下涡量输运方程和熵增理论,分析了不同工况下推进器间隙流动特征和能量损耗机理。结果表明,计算结果与试验吻合程度较高;进一步由涡量输运方程分析可得方程右侧其影响涡量输运的各项多集中于间隙及间隙进出口区域,其中黏性耗散项对间隙区涡量变化起到主要作用,加剧流动不稳定性;由熵增结果可知,间隙区域中由黏性耗散引起的功率损失占据主导地位,由湍流耗散产生的损失可以忽略不计;同时,间隙流出口区由于流体流动方向与主流方向垂直,二者相互碰撞的同时受到叶轮抽吸作用向下游运动,导致该区域流动较为复杂,流动损耗较大;且随着进速系数提高,由轮缘所引发的流动损耗对推进器水动力性能有一定影响。

关键词：无轴泵喷间隙流动涡量输运数值分析熵增理论

PTTC螺旋桨空化噪声特性及空化发声机理的数值研究

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中国舰船研究 2024年

作者：吕舒键韩承灶杨睿黄卫国中国舰船研究设计中心船舶振动噪声重点实验室武汉大学水资源工程与调度国家重点实验室汉江国家实验室中海石油(中国)有限公司天津分公司

[目的]空化作为绕螺旋桨流动中最主要的噪声源之一，会显著提升远场辐射噪声，带来诸多不利影响。为有效抑制螺旋桨空化噪声，有必要对螺旋桨空化噪声特性及空化发声机理开展研究。[方法]基于大涡模拟（LES）和可渗透的FW-H(PFW-H)方程... 详细信息

[目的]空化作为绕螺旋桨流动中最主要的噪声源之一，会显著提升远场辐射噪声，带来诸多不利影响。为有效抑制螺旋桨空化噪声，有必要对螺旋桨空化噪声特性及空化发声机理开展研究。[方法]基于大涡模拟（LES）和可渗透的FW-H(PFW-H)方程远场解相结合的方法，对PPTC螺旋桨空化流场和声场进行高精度仿真，重点研究空化对远场噪声频谱分布特性的影响及空化发声机制。[结果]模拟的水动力场结果与试验数据吻合较好。研究发现，螺旋桨周围片空化（SC）和梢涡空化（TVC）的演变过程均存在显著的周期性特征，因此均贡献了高强度的主频噪声。片空化在演变时存在初生和溃灭过程，该过程伴随着高强度的瞬时空化体积变化，从而导致高频宽带噪声加剧。梢涡空化在演变时出现体积回弹行为，该行为诱发高强度的连续声压脉动，因此在高于主频的频率处产生显著的噪声峰值。[结论]研究结果可为工程中螺旋桨空化噪声控制策略的提出和实现提供理论依据。

关键词：空化流动噪声空化发声机理空化动力学数值模拟

非均匀流下桨叶侧斜对螺旋桨空化和压力脉动的影响

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水动力学研究与进展（A辑） 2022年第2期37卷 152-158页

作者：何朝晖韩承灶季斌程永光武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室武汉430072

侧斜对螺旋桨的水动力性能及空化性能均有十分重要的影响,该文基于k-ωSST湍流模型和Zwart-Gerber-Belamri空化模型对非均匀流条件下四个不同侧斜螺旋桨周围的非定常空化流动情况进行了数值模拟研究。首先进行了螺旋桨水动力性能和空化... 详细信息

侧斜对螺旋桨的水动力性能及空化性能均有十分重要的影响,该文基于k-ωSST湍流模型和Zwart-Gerber-Belamri空化模型对非均匀流条件下四个不同侧斜螺旋桨周围的非定常空化流动情况进行了数值模拟研究。首先进行了螺旋桨水动力性能和空化特性计算,通过与试验结果对比,评估了网格数量的影响以及计算方法的可靠性。在此基础上探讨了侧斜对空化形态以及压力脉动的影响,结果表明:适当地增大侧斜可以使螺旋桨的平均推力得到提升。此外,侧斜的增加可以使桨叶徐徐切入船尾伴流,从而使螺旋桨空化体积的变化趋于平缓,进而有效地降低压力脉动,抑制振动和噪声,提高船舶运行的安全性和舒适性。

关键词：螺旋桨侧斜空化压力脉动数值模拟

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不同轮缘结构无轴泵喷推进器间隙流动特性分析

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水动力学研究与进展（A辑） 2023年第3期38卷 472-481页

作者：阮华韩承灶石碧亮季斌洪方文中国船舶科学研究中心船舶振动噪声重点实验室、深海技术科学太湖实验室无锡214082 武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室武汉430072

为研究无轴泵喷推进器轮缘间隙结构特征对推进器流动损耗影响,该文采用雷诺时均(RANS)方法对不同间隙结构的推进器内部流场进行计算。首先对基础无轴泵喷推进器构型水动力性能进行预报,通过与试验对比,验证了计算方法的可靠性。采用正... 详细信息

为研究无轴泵喷推进器轮缘间隙结构特征对推进器流动损耗影响,该文采用雷诺时均(RANS)方法对不同间隙结构的推进器内部流场进行计算。首先对基础无轴泵喷推进器构型水动力性能进行预报,通过与试验对比,验证了计算方法的可靠性。采用正交试验设计的方法,对轮缘间隙参数进行调整和修改,分析了不同间隙尺寸组合方案的间隙区域流动特征和损耗情况,并以此选择最佳搭配方案。并基于最佳间隙搭配方案,对间隙轮缘局部结构进行优化研究,以进一步改善流动损耗问题。结果表明,轮缘长度对于流动损耗影响最大,径向间隙次之,随后是轮缘外径、进流间隙以及出流间隙;对轮缘形状以及拐角区域进行优化,兼顾了推进效率和流动损耗,凸型倒角轮缘结构效果最佳。

关键词：无轴泵喷正交试验间隙流动局部结构优化

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不同来流工况下泵喷推进器外流场特性分析

水动力学研究与进展（A辑） 2020年第4期35卷 411-419页

作者：徐顺季斌龙新平韩承灶张志远武汉大学动力与机械学院武汉430072 水射流与新技术湖北省重点实验室武汉430072 武汉大学水资源与水利工程国家重点实验室武汉430072 喷水推进技术国家重点实验室上海200011

作为一种新型的推进方式,泵喷推进器得到了越来越广泛的使用,其外流场会影响推进效率,因此对外流场的研究至关重要。该文以泵喷推进器模型为研究对象,基于SST湍流模型对其外流场进行数值模拟,结果表明:实验和数值模拟结果吻合得较好;当... 详细信息

作为一种新型的推进方式,泵喷推进器得到了越来越广泛的使用,其外流场会影响推进效率,因此对外流场的研究至关重要。该文以泵喷推进器模型为研究对象,基于SST湍流模型对其外流场进行数值模拟,结果表明:实验和数值模拟结果吻合得较好;当进速系数较低时,导管出口的高速射流会卷吸周围的流体一起运动,并且射流半径减少至一定程度时不会随着进速的增加而改变;随着进速系数的逐渐增大,在导管入口处会产生流动分离,并形成负压区;射流场中湍动能最大区域出现在叶片半径75%处,并且射流场中的湍动能随着进速系数增加而减小。该研究有助于了解泵喷推进器外流场特性,为今后泵喷推进器的相关优化设计工作提供指导。

关键词：泵喷推进器 SST湍流模型进速系数湍动能

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水下航行器及泵喷推进器能量转换特性研究

水电与抽水蓄能 2024年第2期10卷 68-77页

作者：韩承灶季斌汉江实验室湖北省武汉市430061 武汉大学水利水电学院湖北省武汉市430072

泵喷推进器是一种结构复杂的多部件组合水下推进器,主要由导管、定子和转子三部分组成,具有高临界航速、高效率和低噪声等特点。国外泵喷推进器研究和应用较早,用于鱼雷和潜艇主推进器,国内研究工作相较起步较晚。介绍了潜艇及泵喷推进... 详细信息

泵喷推进器是一种结构复杂的多部件组合水下推进器,主要由导管、定子和转子三部分组成,具有高临界航速、高效率和低噪声等特点。国外泵喷推进器研究和应用较早,用于鱼雷和潜艇主推进器,国内研究工作相较起步较晚。介绍了潜艇及泵喷推进器周围流场特性,按照潜艇及推进器试验和数值模拟两方面总结了目前国内外泵喷流场特性研究现状;进一步针对泵喷推进器空化流动特性进行了分析,并介绍了目前推进器的结构优化策略;最后分析并总结了泵喷流场特性的研究以及实际应用中所面临的主要挑战。

关键词：泵喷推进器潜艇空化

不同空化数下螺旋桨叶片表面空蚀风险分布研究

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武汉大学学报（工学版） 2023年第12期56卷 1527-1535页

作者：程怀玉黄佳乐韩承灶雷婷婷季斌武汉大学水资源工程与调度全国重点实验室湖北武汉430072 汉江国家实验室湖北武汉430061

探究了不同空化数下E779A螺旋桨叶片表面空蚀风险分布及其影响机制。采用大涡模拟(large eddy simulation,LES)方法和ZGB(zwart-gerbera-belamri)空化模型对不同空化数下绕E779A螺旋桨的空化流动进行了数值模拟研究,数值计算结果与实验... 详细信息

探究了不同空化数下E779A螺旋桨叶片表面空蚀风险分布及其影响机制。采用大涡模拟(large eddy simulation,LES)方法和ZGB(zwart-gerbera-belamri)空化模型对不同空化数下绕E779A螺旋桨的空化流动进行了数值模拟研究,数值计算结果与实验结果吻合良好,预测的非定常空化形态与实验结果基本一致。在此基础上,基于改进的灰度值法开展了不同空化数下螺旋桨叶片表面空蚀风险研究。结果表明,改进的空蚀风险预报方法可以较好地预报空蚀风险。在其他条件一致的前提下,空化数的降低将使桨叶表面空蚀风险区域的覆盖面积增大,相应的表面空蚀风险强度最大值也将逐渐增加,桨叶表面中高空蚀风险覆盖面积随之增大。

关键词：空化空蚀螺旋桨灰度值法数值模拟

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大型抽水蓄能电站地下厂房结构自振特性分析

中国水利水电科学研究院学报（中英文） 2024年第2期22卷 138-148页

作者：肖微刘国庆王伟许亮华韩承灶国网新源控股有限公司抽水蓄能技术经济研究院北京100052 中国水利水电科学研究院北京100048

自振特性分析是抽水蓄能电站地下厂房结构振动研究的基础。以丰宁抽水蓄能电站地下厂房为计算实例,建立了变速机组段地下厂房结构的三维有限元模型。首先采用模态分析方法研究了不同边界条件对地下厂房整体结构及楼板、立柱、楼梯、风... 详细信息

自振特性分析是抽水蓄能电站地下厂房结构振动研究的基础。以丰宁抽水蓄能电站地下厂房为计算实例,建立了变速机组段地下厂房结构的三维有限元模型。首先采用模态分析方法研究了不同边界条件对地下厂房整体结构及楼板、立柱、楼梯、风罩和机墩等局部结构自振特性的影响,然后分析了丰宁地下厂房可能存在的振源,并对厂房整体及局部结构进行了共振复核。结果表明,上下游边墙弹簧约束条件的增强可以有效提高厂房整体结构自振频率,但对楼板局部自振频率的大小影响不大,对楼梯自振频率也无影响。固定边界使厂房整体结构各阶自振频率显著增大,对楼板、立柱、风罩和机墩等局部结构自振频率影响也较大。在可能的振源作用下,厂房整体结构和各局部结构发生共振的可能性很小。

关键词：抽水蓄能电站地下厂房结构边界条件自振频率共振复核

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大侧斜桨非定常空化流动结构的数值研究

水电与抽水蓄能 2021年第2期7卷 36-41页

作者：韩承灶龙云季斌武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室湖北省武汉市430072

为了对船后螺旋桨空化流动问题进行深入分析,本文基于大涡模拟(LES)方法和Zwart空化模型对非均匀来流条件下的大侧斜桨非定常空化演变及空化对桨叶周围流动结构的影响进行了研究。首先,采用三套系统加密的网格对非均匀流场中螺旋桨空化... 详细信息

为了对船后螺旋桨空化流动问题进行深入分析,本文基于大涡模拟(LES)方法和Zwart空化模型对非均匀来流条件下的大侧斜桨非定常空化演变及空化对桨叶周围流动结构的影响进行了研究。首先,采用三套系统加密的网格对非均匀流场中螺旋桨空化流动计算结果进行网格无关性验证以及不确定度分析,结果表明计算方法的可行性和可靠性较高。其次,深入分析了不同时刻空化演变过程的桨叶周围流动结构,结果表明大侧斜桨发生空化时,桨叶表面主要会有回射流、主流和梢涡等流动结构,并且随着空化逐渐向叶稍收缩推移,少量的片空化在叶梢附近被回射流抬升并被卷吸进入梢涡中。此外桨叶推力沿径向的分布结果分析表明,由于桨叶载荷在叶稍处得到了很好的卸载处理,因此梢涡空化强度较低。

关键词：非均匀来流螺旋桨 LES 空化