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前置泵喷推进器叶片数对水动力及空化性能的影响研究

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中国造船 2022年第3期63卷 191-204页

作者：李福正黄桥高潘光吴必霖西北工业大学航海学院西安710072 西北工业大学无人水下运载技术工信部重点实验室西安710072

为降低泵喷推进器(简称泵喷)的谐频作用,改善其噪声性能。针对某前置泵喷,采用RNG k-ε双方程湍流模型探究了叶片数对泵喷敞水性能和脉动性能的影响。结果发现,泵喷推力和扭矩与叶片数呈正相关,效率基本保持不变;单转子的推力脉动受定... 详细信息

为降低泵喷推进器(简称泵喷)的谐频作用,改善其噪声性能。针对某前置泵喷,采用RNG k-ε双方程湍流模型探究了叶片数对泵喷敞水性能和脉动性能的影响。结果发现,泵喷推力和扭矩与叶片数呈正相关,效率基本保持不变;单转子的推力脉动受定子干扰,转子总推力的脉动频率主要分布在桨叶的倍叶频处。此外,结合密度修正的RNG k-ε模型,采用ZGB空化模型研究了空化数σ对泵喷空化性能的影响。结果表明,随着σ的提高,桨叶从全空化转变到叶片局部和叶梢空化,再转变到仅有叶梢小部分空化;对比σ=3时不同转子叶片数N的空化性能,发现叶片表面空化面积随转子叶片数的增加而增大,但空化体积却减小。

关键词：泵喷推进器叶片数盘面比推力脉动空化数

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不同叶顶间隙对泵喷推进器性能的影响

华中科技大学学报（自然科学版） 2017年第8期45卷 110-114页

作者：鹿麟李强高跃飞中北大学机电工程学院山西太原030051

基于均质多相流的RANS方程与分块网格技术,结合剪切应力SSTk-ω湍流模型,对E779A桨进行了非空化与空化数值模拟,数值计算结果与实验值符合较好,验证了数值计算方法的合理性与有效性.在此基础上,对不同叶顶间隙的泵喷推进器进行了非空化... 详细信息

基于均质多相流的RANS方程与分块网格技术,结合剪切应力SSTk-ω湍流模型,对E779A桨进行了非空化与空化数值模拟,数值计算结果与实验值符合较好,验证了数值计算方法的合理性与有效性.在此基础上,对不同叶顶间隙的泵喷推进器进行了非空化与空化数值模拟计算,重点对叶顶间隙处流场进行了精细后处理.结果表明:未空化时,间隙尺寸越大,泵喷推进器整体效率值越低,最大间隙与最小间隙之间的效率降幅最大为8.62%,叶顶间隙尺寸直接对泵喷推进器的最优进速系数产生影响.当空化发生时,在最优进速系数下的推进器效率下降幅度最小;间隙尺寸越大,空化后的推进器整体效率越低;在较高转速下,较大间隙的空化面积在叶稍处有更为明显的激增量.

关键词：泵喷推进器叶顶间隙动力推进系统数值模拟顶隙泄涡

亚格子模型对泵喷推进器宽带非定常力预测的影响研究

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推进技术 2022年第6期43卷 405-415页

作者：姚皞宇曹琳琳张宇吴大转郁发新浙江大学航空航天学院浙江杭州310027 浙江大学能源工程学院浙江杭州310027 浙江大学海洋学院浙江舟山316021

为了研究亚格子模型对泵喷推进器非定常流动与宽带非定常力预报结果的影响,采用分块结构化网格建立了模型尺度下艇后泵喷推进器的计算模型,并进行了大涡模拟数值计算。从艇尾非定常流场特征量和推进器转子脉动载荷两个方面对比了三种不... 详细信息

为了研究亚格子模型对泵喷推进器非定常流动与宽带非定常力预报结果的影响,采用分块结构化网格建立了模型尺度下艇后泵喷推进器的计算模型,并进行了大涡模拟数值计算。从艇尾非定常流场特征量和推进器转子脉动载荷两个方面对比了三种不同亚格子模型计算结果的差异,并分析了泵喷内部流动与转子非定常力间的内在联系。研究结果表明:三种亚格子模型均能得到含有叶频宽带峰的轴向推力谱,且整体趋势相近。泵喷转子上游的湍流强度和尺度的分布对亚格子模型较敏感,其中Smargrinsky-Lilly模型得到的湍流强度较强,尺度较大,该模型下的湍流谱在非平衡区量级较大,但由低频向高频的衰减较快,并且预测到的分离区范围大,导叶尾缘脱落涡分散,导致转子上游来流空间分布不均程度较强。对于转子叶片上的载荷脉动,Smargrinsky-Lilly模型预测的推力谱中线谱成分明显,并且叶频处宽带谱峰“陡峭”,而WALE模型和KET模型的结果宽带特性较强,对比非定常推力测试结果可知,WALE模型和KET模型更适于该问题宽带非定常力预测。

关键词：泵喷推进器大涡模拟宽带非定常力亚格子模型非定常流动

单桨、导管桨和泵喷推进器的水动力性能和流场对比研究

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中国造船 2022年第2期63卷 52-65页

作者：秦登辉黄桥高潘光韩鹏李福正西北工业大学航海学院西安710072 无人水下运载技术工信部重点实验室西安710072

单桨、导管桨和泵喷推进器是水下航行器常用的3种典型推进器。论文在某型前置定子式泵喷推进器模型的基础上建立了2种新的模型,分别为只包含转子的单桨模型和包含转子、导管的导管桨模型。基于分离涡模拟方法,对这3种模型的水动力性能... 详细信息

单桨、导管桨和泵喷推进器是水下航行器常用的3种典型推进器。论文在某型前置定子式泵喷推进器模型的基础上建立了2种新的模型,分别为只包含转子的单桨模型和包含转子、导管的导管桨模型。基于分离涡模拟方法,对这3种模型的水动力性能、流场进行了对比研究。结果表明,相对于单桨和导管桨,泵喷推进器的水动力性能有明显提高。此外,前置定子对转子叶片上的非定常载荷有较大的影响,改变了其幅值和频率特性,而导管对转子叶片上的非定常载荷影响较小。单桨和导管桨转子叶片上激振力的特征频率是转子的通过频率,而泵喷推进器转子叶片上激振力的特征频率是定子的通过频率。论文的结论对水下航行器的推进器选型和水动力性能研究有一定的工程指导意义。

关键词：分离涡模型泵喷推进器单桨导管桨非定常载荷

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斜流工况下泵喷推进器推进性能数值分析

推进技术 2020年第11期41卷 2596-2604页

作者：王辰鹿麟中北大学机电工程学院山西太原030051

斜流入水的现象在推进器的运行过程中广泛存在,会对推进器的水动力性能造成不利影响。为了分析斜流工况对泵喷推进器推进效率及流场造成的影响,采用分块网格技术,对泵喷推进器内外流场进行了结构化网格划分。基于RANS方程,SST k-ω湍流... 详细信息

斜流入水的现象在推进器的运行过程中广泛存在,会对推进器的水动力性能造成不利影响。为了分析斜流工况对泵喷推进器推进效率及流场造成的影响,采用分块网格技术,对泵喷推进器内外流场进行了结构化网格划分。基于RANS方程,SST k-ω湍流模型,对不同转速(n=3000,3600,4200r/min)、不同斜流角(β=0°,5°,10°,15°,20°,25°,30°,40°)的泵喷推进器进行了数值模拟。数值模拟方法通过Ka4-70/19A导管桨进行了验证,计算值与实验值吻合情况良好。研究结果表明:小角度下,斜流角的改变对泵喷推进器的效率影响很小;斜流角>20°时,斜流角增大将使推进效率明显减少,这是由于泵喷推进器内流场分布不均,出现了水流聚集区和分散区,降低了泵喷推进器的平衡性以及对流体的加速效果;斜流角越大,叶尖间隙对主流影响越大,造成的能量损失越大。

关键词：泵喷推进器推进性能计算流体力学斜流数值模拟

泵喷推进器压电复合材料导管及定子结构的振动控制

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噪声与振动控制 2023年第4期43卷 1-6页

作者：李志欣郑智伟黄修长上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室上海200240

泵喷推进器导管及定子表面的分布式脉动压力通过导管和定子传递激励艇体振动的过程中,在导管和定子结构模态处会产生动力放大效应。为对该动力放大效应进行控制,提出内嵌压电片的碳纤维-玻璃纤维复合材料导管及定子结构,通过引入串联电... 详细信息

泵喷推进器导管及定子表面的分布式脉动压力通过导管和定子传递激励艇体振动的过程中,在导管和定子结构模态处会产生动力放大效应。为对该动力放大效应进行控制,提出内嵌压电片的碳纤维-玻璃纤维复合材料导管及定子结构,通过引入串联电阻-电感(Resistance-Inductance,RL)分流电路、负电容压电分流电路对导管和定子结构模态处的振动响应进行控制,以有效降低通过导管和定子传递至艇体的传递力。建立复合材料导管及定子结构的动力学模型、结构-压电分流电路机电耦合动力学模型,获得结构的固有频率、位移频响、最优控制分流电路参数及控制效果。结果表明:导管及定子结构第一、第二、第六、第八阶模态是振动传递动力放大效应显著的主要模态;串联RL压电分流电路可对主要模态的动力放大进行有效抑制,相应模态的传递力幅值分别降低6.35 dB、1.7 dB、0.4 dB和2.68 dB;相比于串联RL压电分流电路,串联负电容压电分流电路在相应模态的振动控制效果分别增加2.93 dB、2.70 dB、0.70 dB、1.37 dB;并联负电容压电分流电路的振动控制效果分别增加2.90 dB、2.40 dB、0.60 dB、1.36 dB。

关键词：振动与波泵喷推进器复合材料导管和定子压电分流电路负电容振动控制

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不同转速下前置泵喷推进器性能对比

西北工业大学学报 2021年第5期39卷 945-953页

作者：李福正黄桥高潘光李晗西北工业大学航海学院陕西西安710072

为深入探讨由转速改变引起雷诺数的变化对泵喷推进器性能的影响,采用数值方法基于物理实验数据验证了计算模型,对不同转速(20~50 r/s)下泵喷性能进行了研究,结果表明性能系数曲线和无量纲处理后的云图均有一定的相似性,但雷诺数对各部... 详细信息

为深入探讨由转速改变引起雷诺数的变化对泵喷推进器性能的影响,采用数值方法基于物理实验数据验证了计算模型,对不同转速(20~50 r/s)下泵喷性能进行了研究,结果表明性能系数曲线和无量纲处理后的云图均有一定的相似性,但雷诺数对各部件性能稍有影响,其对桨叶推力系数影响最小,相对偏差不超过1%;导叶推力系数次之,最大偏差为2.1%;由于导管和导叶提供推力相对较小,对泵喷系统影响甚小,最终总推力系数偏差小于2%。而扭矩系数的偏差稍大,最大接近3%。分析发现各性能偏差随转速单调变化,转速增大所引起的雷诺数提高加强了桨叶做功能力,进而导致TLV涡核压力降低,改变了TLV的运动轨迹。

关键词：泵喷推进器转速雷诺数性能系数相似性

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基于高空化性能的对转泵喷推进器设计

工程热物理学报 2017年第9期38卷 1877-1881页

作者：胡雷俊曹琳琳车邦祥吴大转浙江大学能源工程学院化工机械研究所杭州310027 浙江大学流体动力与机电系统国家重点实验室杭州310027

推进器将动力设备发出的机械能转化成推力以驱动航行体前进,是决定航行体性能的关键动力装置.随航速提升,推进器易遭遇空化、噪声与推进效率下降等问题。结合高速推进的需求以及对转泵的性能优势,本文提出对转泵喷推进器结构,通过前后... 详细信息

推进器将动力设备发出的机械能转化成推力以驱动航行体前进,是决定航行体性能的关键动力装置.随航速提升,推进器易遭遇空化、噪声与推进效率下降等问题。结合高速推进的需求以及对转泵的性能优势,本文提出对转泵喷推进器结构,通过前后转子串联、反向旋转的形式,以更高密度的能量转化模型替代传统模式,在同等设计参数下实现转子转速、叶片载荷均相对较低,从而提升航行体推进器的抗空化性能及相关声学性能。文中基于某航行体性能参数,通过相似换算设计了实验模型泵喷及其实验系统,并基于数值模拟对推进器性能进行了研究。结果表明,对转泵喷推进器叶片的欧拉能量分布及载荷模型明显优于单转子推进器叶片,抗空化性能也有明显提高。

关键词：泵喷推进器水下航行体对转泵抗空化设计叶片载荷分布

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泵喷推进器间隙流场尺度效应数值研究

上海交通大学学报 2023年

作者：杨春郭春雨孙聪王超岳启辉哈尔滨工程大学船舶工程学院哈尔滨工程大学青岛创新发展中心

由于泵喷推进器转子与导管之间有间隙的存在，使内流场特性较复杂。为了探究尺度效应对泵喷推进器间隙流场的影响，本文采用雷诺平均Navier-Stokes（URANS）方程和SST k-w湍流模型，利用全结构化网格对计算域进行离散处理，滑移网格用... 详细信息

由于泵喷推进器转子与导管之间有间隙的存在，使内流场特性较复杂。为了探究尺度效应对泵喷推进器间隙流场的影响，本文采用雷诺平均Navier-Stokes（URANS）方程和SST k-w湍流模型，利用全结构化网格对计算域进行离散处理，滑移网格用于处理转子和其他部件之间的相对运动。首先通过网格不确定分析来验证本文数值方法的可行性，数值计算结果与模型试验数据进行了比较，两者吻合良好；然后对三种尺度泵喷推进器模型的敞水性能进行了数值计算，从涡量场和压力场的角度进行了分析。结果表明，全进速系数下，实尺度模型的效率会提高；实尺度模型的TLV涡量溃灭提前，涡量强度更低，并且TLV涡核中心压力系数更小，间隙间的脉动压力幅值更低。

关键词：泵喷推进器间隙流场敞水性能尺度效应滑移网格