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轴流式喷水推进泵设计效果的考核

工程热物理学报 2024年第5期45卷 1366-1373页

作者：徐子鹏赖焕新华东理工大学机械与动力工程学院上海200237

针对一台轴流式喷水推进泵的设计方案,采用数值模拟的方法研究其内部流场,着重考察空化流动特性,分析了空泡发生的位置、压力系数、叶片载荷以及冲角等参数随空化数的变化规律。结果表明,随着来流总压的降低,空泡最初出现在吸力侧前缘附... 详细信息

针对一台轴流式喷水推进泵的设计方案,采用数值模拟的方法研究其内部流场,着重考察空化流动特性,分析了空泡发生的位置、压力系数、叶片载荷以及冲角等参数随空化数的变化规律。结果表明,随着来流总压的降低,空泡最初出现在吸力侧前缘附近,随后由吸力侧前缘向后缘延伸,气泡厚度以及低压区的面积也随之增大。此外,喷水推进泵水力性能的降低与叶片载荷的减小有关。本文进一步讨论了叶片数对喷水推进泵空化性能的影响,得出了四种叶片数下扬程随空化数的变化曲线,结果表明适当增加转子叶片数可以提高喷水推进泵的抗空化性能。

关键词：喷水推进泵空化流动数值模拟

混流式喷水推进泵空化流动及其诱导振动特性的试验研究

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振动与冲击 2024年第2期43卷 42-51页

作者：龚波张正川尹俊连许锐李宁王德忠上海交通大学机械与动力工程学院上海200240 中国船舶工业集团公司第七〇八研究所喷水推进技术重点实验室上海200111

为了研究喷水推进泵内非定常空化流动及其诱导的振动特征,搭建了高速摄像与数字信号同步测量平台。对不同空化程度下的泵内空化流动、压力脉动信号、振动信号进行了采集和分析。引入经验模态分解及希尔伯特黄变换(Hilbert-Huang transfo... 详细信息

为了研究喷水推进泵内非定常空化流动及其诱导的振动特征,搭建了高速摄像与数字信号同步测量平台。对不同空化程度下的泵内空化流动、压力脉动信号、振动信号进行了采集和分析。引入经验模态分解及希尔伯特黄变换(Hilbert-Huang transform,HHT)对振动信号进行了处理和分析。试验表明:喷水推进泵叶顶区出现了叶顶间隙空化和叶顶泄露涡空化等空化现象;随着空化程度的加剧,叶顶区的空化结构先由丝状逐渐连接成薄片状,继而发展为云状;快速旋转的空化云会呈现出极不稳定状态,尾部发生脱落形成垂直空化涡(perpendicular cavitating vortices,PCVs);小尺度的垂直空化涡消散在流道中部;随着空化程度的进一步加剧,垂直空化涡尺度增大并向相邻叶片的压力面运动,造成喷水推进泵性能的下降。空化程度加剧对应的流动结构特征会导致压力脉动产生相应的变化,从而诱导振动的增加。经验模态分解和HHT结果显示片状空化及大尺度云空泡溃灭时会诱导高频区的宽频振动增大;空化云尾缘的低频脱落会产生垂直空化涡,诱导低频的压力脉动和振动的快速增加。希尔伯特边际谱上高频幅值,叶频和轴频幅值的变化特征可在一定程度上用来反映泵内的流动状态。

关键词：喷水推进泵试验研究空化流动结构振动希尔伯特黄变换(HHT)

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导叶叶片数对喷水推进泵瞬态特性的影响

排灌机械工程学报 2024年第1期42卷 14-20页

作者：李明慧刘厚林谈明高吴贤芳马皓晨江苏大学国家水泵及系统工程技术研究中心江苏镇江212013 江苏大学能源与动力工程学院江苏镇江212013 江苏大学机械工程学院江苏镇江212013

为揭示喷水推进泵不同导叶叶片数时的瞬态特性规律,基于DES混合模拟和FEM声学有限元方法,对喷水推进泵流场和声场进行数值模拟,并进行试验,验证了瞬态特性数值计算方法的准确性,研究了不同导叶叶片数(Z=5,6,7)对喷水推进泵推力、压力脉... 详细信息

为揭示喷水推进泵不同导叶叶片数时的瞬态特性规律,基于DES混合模拟和FEM声学有限元方法,对喷水推进泵流场和声场进行数值模拟,并进行试验,验证了瞬态特性数值计算方法的准确性,研究了不同导叶叶片数(Z=5,6,7)对喷水推进泵推力、压力脉动、内流诱导噪声等性能的影响规律.结果表明:随着导叶叶片数增大,喷水推进泵推力先减小后增大,流量逐渐减小,转矩逐渐增大;导叶叶片数对叶轮出口压力脉动分布规律影响较小,对压力脉动主频处幅值有较大影响,轮毂处压力脉动幅值受导叶叶片数增大先减小后增大,轮缘和流道中心处幅值随着导叶叶片数增大逐渐减小;导叶叶片数变化会改变内流诱导噪声主频,增大导叶叶片数有利于降低喷水推进泵内流诱导噪声主频处幅值和总声压级.

关键词：喷水推进泵导叶数瞬态特性试验测试数值模拟

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喷嘴导流片对喷水推进泵性能的影响

舰船科学技术 2024年第10期46卷 27-33页

作者：徐声海郭成宇刘厚林袁宵邱勇谈明高海军装备部驻扬州地区军事代表室江苏扬州225001 江苏大学流体机械工程技术研究中心江苏镇江212013 江苏振华海科装备科技股份有限公司江苏泰州225500

本文提出减少径向高度和导流片环绕导流锥分布这2种喷嘴导流片结构,通过DES-FEM耦合的方法研究了喷嘴导流片对喷水推进泵推力及噪声性能的影响。结果表明,随着喷嘴导流片径向高度减少,喷水推进泵推力增大0.61%,流量略微增大而扭矩略微降... 详细信息

本文提出减少径向高度和导流片环绕导流锥分布这2种喷嘴导流片结构,通过DES-FEM耦合的方法研究了喷嘴导流片对喷水推进泵推力及噪声性能的影响。结果表明,随着喷嘴导流片径向高度减少,喷水推进泵推力增大0.61%,流量略微增大而扭矩略微降低,内流噪声主频仍为导叶叶频但幅值降低2.43%,总声压级略微升高;导流片环绕导流锥分布时,喷水推进泵推力提高1.03%,流量增大0.76%,扭矩提高,声压级主频处幅值降低2.05%,总声压级降低,内流噪声主频由导叶偏移至叶轮处,但两者声压级幅值差异较小;各方案频谱中均存在叶轮叶频谐频;内流噪声能量主要集中在中低频段。

关键词：喷水推进泵喷嘴导流片数值模拟

叶顶间隙对螺旋混流式喷水推进泵内流及推进特性的影响

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大电机技术 2024年第1期 71-79页

作者：韩伟任嘉乐郝英剑党树娟李望旭徐梓添黄心愿兰州理工大学能源与动力工程学院兰州730050 甘肃省流体机械与系统重点实验室兰州730050

喷水推进泵是舰船泵喷推进系统的核心部件,喷水推进泵在工作过程中,叶顶间隙处所产生的泄漏流会严重影响混流泵的工作性能。为了探讨叶轮叶顶间隙对喷水推进泵推进特性的影响,本文定义了叶顶间隙系数τ,设计了六种不同叶顶间隙系数模型... 详细信息

喷水推进泵是舰船泵喷推进系统的核心部件,喷水推进泵在工作过程中,叶顶间隙处所产生的泄漏流会严重影响混流泵的工作性能。为了探讨叶轮叶顶间隙对喷水推进泵推进特性的影响,本文定义了叶顶间隙系数τ,设计了六种不同叶顶间隙系数模型并使用Ansys进行仿真分析,最终得到叶顶间隙对于喷水推进泵内流以及推进特性的影响规律。结果表明:随着叶顶间隙系数的增大,叶顶间隙处泄漏流逐渐增加,泄漏涡影响范围变大,轴向推力随着叶顶间隙系数的增大呈负指数下降,叶顶间隙处泄漏量随指数上升,喷水推进泵内流损失增加,推进效率持续减小,并且在大流量工况下叶顶间隙对喷水推进泵推进特性影响最大,在设计的六套模型中,叶顶间隙系数为0.08,叶顶间隙为0.16mm时效率最高。通过本文的研究可以发现,叶顶间隙对于喷水推进泵内流以及推进特性影响较大,在设计时应尽量减小叶顶间隙。

关键词：叶顶间隙喷水推进泵外特性叶顶间隙系数推进特性混流式喷水推进泵

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喷水推进泵叶轮空化涡流的数值模拟研究

船舶力学 2022年第1期26卷 30-37页

作者：郭嫱王宇黄先北仇宝云扬州大学电气与能源动力工程学院江苏扬州225127

基于旋涡对空化的影响,本文采用考虑旋转修正的SST-CC湍流模型和基于涡识别修正的Zwart空化模型,对喷水推进泵叶轮内部空化涡流场进行数值模拟研究。分析了推进泵在不同空化数条件下的水力特性和空化现象,比较了不同种类涡识别方法在辨... 详细信息

基于旋涡对空化的影响,本文采用考虑旋转修正的SST-CC湍流模型和基于涡识别修正的Zwart空化模型,对喷水推进泵叶轮内部空化涡流场进行数值模拟研究。分析了推进泵在不同空化数条件下的水力特性和空化现象,比较了不同种类涡识别方法在辨识空化涡流中的适用性。研究结果表明,数值计算得到推进泵的扬程、功率和效率等性能参数以及叶轮内的空化现象,与参考实验吻合较好。分析了叶片表面和叶顶间隙附近空化区域内的含汽量特性;针对推进泵叶顶间隙空化涡的辨识研究,对比了压力准则、涡量准则、Q准则、λ_(2)准则和无量纲化的Ω准则,揭示了旋涡流动对空化形成的影响。

关键词：喷水推进泵空化涡流数值模拟涡判据

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喷水推进泵非均匀进流研究进展

排灌机械工程学报 2022年第8期40卷 757-765页

作者：李伟杨震宇施卫东李恩达季磊磊江苏大学国家水泵及系统工程技术研究中心江苏镇江212013 江苏大学镇江流体工程装备技术研究院江苏镇江212009 南通大学机械工程学院江苏南通226019

针对喷水推进泵运行过程中存在的非均匀进流,从驱动轴扰动、船舶边界层厚度以及进水流道结构等方面分析了非均匀进流的成因,探讨了进口速度比IVR和船舶航行速度对不均匀度产生的影响,总结了非均匀进流的不良效应.当进口速度比IVR以及船... 详细信息

针对喷水推进泵运行过程中存在的非均匀进流,从驱动轴扰动、船舶边界层厚度以及进水流道结构等方面分析了非均匀进流的成因,探讨了进口速度比IVR和船舶航行速度对不均匀度产生的影响,总结了非均匀进流的不良效应.当进口速度比IVR以及船速增加时,进流面不均匀度也随之增加,进流品质逐渐恶化.非均匀进流下,泵进流面存在径向速度与压力梯度,导致喷水推进泵在工作过程中会出现回流、二次流、流动分离等失稳现象,内部涡旋扰动代替系统扰动催生失速,导致能量耗散.同时,叶片载荷、空泡体积分布以及压力脉动也呈现出高度不均匀性.基于近年来国内外对非均匀进流的研究现状,提出了喷水推进泵非均匀进流需要进一步深入研究的内容和方向.

关键词：非均匀进流喷水推进泵失稳空化

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喷水推进泵叶顶间隙泄漏流动特性研究

水动力学研究与进展（A辑） 2022年第5期37卷 743-750页

作者：张睿丁旭洁牟童江扬阳潘玉梦河海大学农业科学与工程学院南京211100

目前喷水推进技术日趋成熟,应用广泛,而喷水推进泵叶顶间隙流场复杂,亟待忖度。该文以ONR AxWJ-2喷水推进泵为研究对象,基于FBM-CC模型对不同流量工况进行非定常计算,通过对其外特性、内部流场及涡量场的分析,研究喷水推进泵叶顶间隙泄... 详细信息

目前喷水推进技术日趋成熟,应用广泛,而喷水推进泵叶顶间隙流场复杂,亟待忖度。该文以ONR AxWJ-2喷水推进泵为研究对象,基于FBM-CC模型对不同流量工况进行非定常计算,通过对其外特性、内部流场及涡量场的分析,研究喷水推进泵叶顶间隙泄漏流动特性。结果表明:FBM-CC模型可以有效预测喷水推进泵的水力性能;随着流量增大,叶片正背面压差增大,促进了主泄漏涡的发展,同时吸力面的卷吸作用增强;主泄漏涡受到主流的阻力作用,湍动能大量耗散,而二次泄漏涡是由吸力面低压引起的主动回旋,旋转率不强,也不直接与主流相互作用;根据涡量输运方程,涡拉伸项(VST)对泄漏涡的涡量变化率影响较大,科氏力项(CORF)影响泄漏涡的初始位置,黏性扩散项(VIST)对叶顶处泄漏涡的发展产生影响。

关键词：喷水推进泵叶顶间隙泄漏流主泄漏涡二次泄漏涡涡量输运方程

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喷水推进泵相似换算模型试验及性能研究

船舶工程 2022年第4期44卷 81-85,128页

作者：吴尚兵汪怡然韩笑笑赵恒文吴礼坤中国石油化工股份有限公司茂名分公司广东茂名525000 皖江工学院机械工程学院安徽马鞍山243000 合肥工业大学机械工程学院合肥230000

为了探究喷水推进泵外特性性能与推力性能之间的变化规律,基于水力机械流动相似准则设计得到与原型泵相似的模型泵叶轮,在此基础上开展模型泵的外特性试验并换算得到原型泵的外特性曲线。同时,基于CFX商业软件对喷水推进泵全三维数值计... 详细信息

为了探究喷水推进泵外特性性能与推力性能之间的变化规律,基于水力机械流动相似准则设计得到与原型泵相似的模型泵叶轮,在此基础上开展模型泵的外特性试验并换算得到原型泵的外特性曲线。同时,基于CFX商业软件对喷水推进泵全三维数值计算进行求解,探究不同湍流模型下的数值计算结果和不同转速工况下能量系数KE的变化规律以表征泵的推力性能。结果表明:标准k-ε湍流模型的外特性计算结果与试验结果偏差不超过4.5%,数值计算方法可靠;能量系数KE随流量变化规律与泵效率η相似,但最优工况点存在明显偏差;对于模型泵,其最优推力效率点出现在1 600 r/min附近,这与推力的数值计算结果相一致。由此可推断,采用能量系数KE表征泵的推力特性具有一定的可行性,该方法对于喷水推进泵的设计与优化具有参考价值。

关键词：喷水推进泵相似换算能量系数推力性能