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泵喷推进器梢涡空化计算方法

舰船科学技术 2024年第14期46卷 15-20页

作者：杨万里叶金铭海军工程大学舰船与海洋学院湖北武汉430033

在泵喷推进器梢涡流动数值计算中,转子梢部涡系对转子梢部附近网格质量要求极高,为了准确计算转子梢涡空化,本文首先完成梢涡空化观测试验,并根据空化试验条件布置数值计算,分析常用多通道周期性结构网格在计算准确性上的不足,进而在其... 详细信息

在泵喷推进器梢涡流动数值计算中,转子梢部涡系对转子梢部附近网格质量要求极高,为了准确计算转子梢涡空化,本文首先完成梢涡空化观测试验,并根据空化试验条件布置数值计算,分析常用多通道周期性结构网格在计算准确性上的不足,进而在其基础上,结合梢涡流动特点,提出一种在转子域中进行局部网格重构的方法。通过数值计算结果与空泡观测试验结果对比显示,本文所提出的计算方法既能够满足梢涡空化计算对局部网格质量的超高要求,又能以较少的网格量准确预测梢涡空化。

关键词：泵喷推进器空化观测试验梢泄涡空化大涡模拟

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后置定子泵喷推进器噪声辐射特性分析

哈尔滨工程大学学报 2024年

作者：杜通成武建国韩光哲张敏革武天龙河北工业大学机械工程学院天津科技大学机械工程学院天津瀚海蓝帆海洋科技有限公司

为了探究后置定子泵喷推进器噪声辐射特性，本文利用杆-翼模型完成了噪声数值方法的验证，并基于分块结构性网格对研究模型进行了瞬态模拟。分析了后置定子对流场的影响，提取了模型周围若干监测点噪声数据，探究了其噪声辐射特性。结... 详细信息

为了探究后置定子泵喷推进器噪声辐射特性，本文利用杆-翼模型完成了噪声数值方法的验证，并基于分块结构性网格对研究模型进行了瞬态模拟。分析了后置定子对流场的影响，提取了模型周围若干监测点噪声数据，探究了其噪声辐射特性。结果表明：定子叶片增大了转子尾流的轴向速度，提高了推进器的推进性能；定子叶片还能够平衡转子产生的压力涡旋，均匀尾流压力；从整体声场指向性分布来看，在轴向方向转子噪声占据主导影响，在小范围的径向方向导管噪声对整体噪声影响较大，定子噪声对整体噪声影响最小；随着距离增加，声场中的低压区指向性由前缘120°和240°向中部收缩，最终整体呈现“∞”型；在轴向方向低频段噪声衰减最快，并且随着距离的增加，衰减速度越来越快，在径向方向上，低频段噪声衰减速度变化并不明显。

关键词：泵喷推进器后置定子瞬态模拟杆-翼噪声改进的延迟分离涡模型 FW-H方程噪声辐射噪声衰减

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不同叶顶间隙对泵喷推进器流噪声特性的影响

应用声学 2024年

作者：李聪金中坤中国科学院声学研究所噪声与振动重点实验室中国科学院大学

泵喷推进器叶顶间隙区域存在复杂的涡系结构，而叶顶间隙的大小会直接影响该处涡系分布，从而影响流场和流噪声特性。为揭示叶顶间隙大小对泵喷流场和流噪声的影响规律，本文基于分离涡模拟与Ffowcs Williams-Hawkings (FW-H)方程，研... 详细信息

泵喷推进器叶顶间隙区域存在复杂的涡系结构，而叶顶间隙的大小会直接影响该处涡系分布，从而影响流场和流噪声特性。为揭示叶顶间隙大小对泵喷流场和流噪声的影响规律，本文基于分离涡模拟与Ffowcs Williams-Hawkings (FW-H)方程，研究了不同叶顶间隙泵喷推进器的流场分布以及流噪声的频谱特征。远场流噪声数值计算通过两个步骤实现：首先，在包含所有声源的近场区域内，使用分离涡模拟方法计算流场信息；然后，使用基于可穿透面的FW-H方法计算远场噪声。结果表明，叶顶间隙增大，泵喷推进器推力系数和推进效率下降；改变叶顶间隙可以改变泵喷推进器流噪声在叶片通过频率处的声压级大小；随着叶顶间隙增大，流噪声总声级先减小后增大，与导管内压力脉动源级的变化规律相符合。

关键词：分离涡模拟叶顶间隙泵喷推进器流噪声 FW-H方程

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轮缘驱动泵喷推进器的螺旋桨性能优化方法

舰船科学技术 2024年第12期46卷 46-52页

作者：张敏革王新锐韩光哲李茂仇景天津科技大学机械工程学院天津300222 天津瀚海蓝帆海洋科技有限公司天津300457

为得到适用于新型轮缘驱动泵喷推进器的螺旋桨,在传统泵喷推进器螺旋桨的基础上进行性能优化方法研究十分必要。利用CFD数值模拟方法对推进器进行水动力仿真,分别对比3个不同的螺旋桨孔径比和3种桨叶厚度分布方案对推进器敞水性能的影... 详细信息

为得到适用于新型轮缘驱动泵喷推进器的螺旋桨,在传统泵喷推进器螺旋桨的基础上进行性能优化方法研究十分必要。利用CFD数值模拟方法对推进器进行水动力仿真,分别对比3个不同的螺旋桨孔径比和3种桨叶厚度分布方案对推进器敞水性能的影响。对比结果发现小孔径比对推进器敞水性能更为有利,其中0.1孔径比推进器比0.3孔径比推进器的敞水效率最大提升了3.25%。厚度反置导致轮缘驱动螺旋桨高半径处压力分布不均匀,扭矩大幅提升,敞水效率大幅降低。轮缘驱动螺旋桨的厚度越小,扭矩越低,敞水效率越高,其中方案C桨的扭矩比方案A最大降低了21.74%,敞水效率最大提升了12.9%。

关键词：轮缘驱动泵喷推进器螺旋桨扭矩平衡

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后置定子泵喷推进器压力脉动特性分析

舰船科学技术 2024年第3期46卷 62-68页

作者：杜通成武建国张敏革王昌强王伟河北工业大学机械工程学院天津300401 天津科技大学机械工程学院天津300222 天津瀚海蓝帆海洋科技有限公司天津300462

基于改进的延迟分离涡模型对后置定子泵喷推进器瞬态流场进行数值模拟,所得推力计算值与试验值最大误差为4.68%,验证数值模拟的可靠性。分析泵喷推进器近流场压力脉动时频域特性,研究多工况下后置定子表面压力系数、声压脉动时均值的分... 详细信息

基于改进的延迟分离涡模型对后置定子泵喷推进器瞬态流场进行数值模拟,所得推力计算值与试验值最大误差为4.68%,验证数值模拟的可靠性。分析泵喷推进器近流场压力脉动时频域特性,研究多工况下后置定子表面压力系数、声压脉动时均值的分布规律。结果表明,泵喷推进器内压力脉动主要受转子影响,脉动周期与转子旋转周期一致,频域峰值出现在低频段且均为转子叶片通过频率的整数倍;后置定子平衡转子扭矩的做功区集中在定子前缘,并沿弦向贡献逐渐降低,尾缘约1.8%定子弦长位置对平衡扭矩近乎无贡献;前缘是定子噪声的主要贡献源,在高进速系数下,尾缘表现为定子噪声的次要贡献源,随着进速系数的降低,尾缘对定子噪声贡献逐渐降低。

关键词：泵喷推进器压力脉动改进的延迟分离涡模型数值模拟

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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

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泵喷推进器水动力噪声的数值预报

船舶力学 2016年第5期20卷 613-619页

作者：付建宋振海王永生靳栓宝海军潜艇学院动力操纵系山东青岛266199 海军工程大学动力工程学院武汉430033

泵喷推进器由于其高航速时优异的噪声性能,在核潜艇上已得到广泛应用,对其水动力噪声数值计算方法进行研究具有重要意义。文中首先在利用CFD方法得到固体壁面脉动压力分布的基础上,基于边界元方法完成了静止固体壁面流噪声的计算,结合... 详细信息

泵喷推进器由于其高航速时优异的噪声性能,在核潜艇上已得到广泛应用,对其水动力噪声数值计算方法进行研究具有重要意义。文中首先在利用CFD方法得到固体壁面脉动压力分布的基础上,基于边界元方法完成了静止固体壁面流噪声的计算,结合点源模型并借鉴扇声源理论完成了任意边界条件下旋转声源噪声的计算,并且噪声计算结果与试验值、文献值吻合较好;然后以某泵喷为对象分别计算了泵喷静止部件和旋转部件的水动力噪声,最后对二者声场进行叠加即得到泵喷总噪声。结果表明静止部件噪声宽带总声级在径向最高,旋转部件噪声则在轴向最高;在导叶通过频率及其谐频处,由于叶轮与导管内壁面相互作用区域脉动剧烈,使得导管成为径向测点处噪声的主要贡献者,导叶对总声场的贡献量很小。

关键词：泵喷推进器水动力噪声点源模型扇声源边界元法计算流体力学

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泵喷推进器空化特性数值分析

上海交通大学学报 2014年第8期48卷 1059-1064页

作者：施瑶潘光王鹏杜晓旭西北工业大学航海学院水下航行器研究所西安710072

利用基于Rayleigh-Plesset方程均质多相模型和滑移网格技术,对某泵喷推进器进行了三维全通道定常湍流计算,得到了其在空化条件下的性能特征.分析了转速、空泡数和进流速度对泵喷推进器的空化特性的影响.计算结果表明,泵喷推进器叶片发... 详细信息

利用基于Rayleigh-Plesset方程均质多相模型和滑移网格技术,对某泵喷推进器进行了三维全通道定常湍流计算,得到了其在空化条件下的性能特征.分析了转速、空泡数和进流速度对泵喷推进器的空化特性的影响.计算结果表明,泵喷推进器叶片发生空化时,推进器的推力和转矩明显下降,进而引起敞水效率的降低且降低幅度达15%以上;同一空化数下,随着转速的增加,泵喷推进器叶片的空化现象趋于明显;同一转速下,空化数越小,空化现象越显著,当空化数大于某一个特定值时,叶片的空化现象消失.

关键词：泵喷推进器空化特性数值分析滑移网格敞水效率

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泵喷推进器非定常空化性能数值模拟分析

上海交通大学学报 2015年第2期49卷 262-268页

作者：鹿麟潘光西北工业大学航海学院水下航行器研究所西安710072

基于均质多相流的RANS(Reynolds Averaged Navier-Stokes)方程,采用分块网格技术生成高质量结构化网格,同时结合剪切应力SST(Shear Stress Transport)k-ω湍流模型和Z-G-B(Zwart-Gerber-Belamri)空化模型以对NACA66翼型进行了定常流空化性能数值模拟,数值计算结果与实验值吻合良好,验证了数值计算法的实用性与可靠性.在此基础上,利用URANS(Unsteady Reynolds Averaged Navier-Stokes)方程和滑移网格技术,对装有泵喷推进器的无人水下航行器(Unmanned Underwater Vehicle,UUV)进行了非定常流空化性能数值模拟与分析.计算结果表明,数值模拟可以较为精确地预测泵喷推进器空化现象的起始与发展、形状与位置等特性;空化现象发生时,泵喷推进器效率出现明显的降低且达到20%以上;UUV表面与定转子叶片的压力分布较为合理,与空化现象吻合;转子叶顶区域压力面与吸力面之间的压差引起了顶隙梢涡与顶隙空化,造成了泵喷推进器效率进一步的损耗.

关键词：泵喷推进器非定常流空化性能顶隙梢涡顶隙空化数值模拟