斜流式噴水推進(jìn)泵旋轉(zhuǎn)失速及流固耦合研究.pdf

1、隨著噴水推進(jìn)及噴水推進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展，采用噴水推進(jìn)器作為船舶動力的船只越來越多。斜流式噴水推進(jìn)器具有壓頭高，流量大，空化性能好等優(yōu)點，被認(rèn)為是高速兩棲車輛的理想噴水形式。但是斜流泵在小流量下會出現(xiàn)失速現(xiàn)象，泵在失速工況下運行會產(chǎn)生振動與噪聲，且葉片與粘性流場的相互作用不僅會激發(fā)葉片的振動，嚴(yán)重時會導(dǎo)致其疲勞斷裂。因此，斜流泵旋轉(zhuǎn)失速的研究及流固耦合分析在流體機械領(lǐng)域具有極其重要的意義。
　　 本文采用數(shù)值模擬的方法對斜流式噴水推

2、進(jìn)泵進(jìn)行旋轉(zhuǎn)失速及流固耦合研究，研究工作和主要結(jié)論有:
　　 1、運用Pro/E及ICEM-CFD軟件對斜流式噴水推進(jìn)泵進(jìn)行三維造型及網(wǎng)格劃分，對網(wǎng)格概念及網(wǎng)格分類進(jìn)行了介紹，并對模型泵進(jìn)行網(wǎng)格無關(guān)性驗證，確定了合理的數(shù)值計算網(wǎng)格。
　　 2、采用CFX軟件對斜流式噴水推進(jìn)泵內(nèi)部流場進(jìn)行定常計算。研究發(fā)現(xiàn)，在0.65QBEP～0.68QBEP工況下發(fā)現(xiàn)正斜率流量—揚程曲線，其主要原因為當(dāng)流量為0.68QBEP時，葉輪出口

3、有效直徑降低造成揚程下降，隨著流量繼續(xù)減小，內(nèi)部流態(tài)從斜流式轉(zhuǎn)變?yōu)殡x心式又引起揚程上升，兩者共同作用造成正斜率性能曲線發(fā)生。輪緣間隙的泄漏對性能曲線有影響，但是正斜率性能曲線的存在并不完全取決于輪緣間隙泄漏。由于逆向的壓力梯度而造成導(dǎo)葉內(nèi)部的回流是引起正斜率性能曲線的主要原因。
　　 3、在定常計算的基礎(chǔ)上對模型泵進(jìn)行非定常計算。研究發(fā)現(xiàn)，失速區(qū)沿圓周方向傳播，其方向與葉輪旋轉(zhuǎn)方向相反，傳播速度約為葉輪轉(zhuǎn)速的16.7％。失速工況

4、下各監(jiān)測點的壓力脈動比非失速工況下要劇烈，導(dǎo)葉進(jìn)口及內(nèi)部的軸頻在失速工況下相比于設(shè)計工況下有了較大的提升，且導(dǎo)葉內(nèi)部軸頻的上升比導(dǎo)葉進(jìn)口處更大。
　　 4、應(yīng)用ANSYSWorkbench軟件，運用流固耦合方法對斜流式噴水推進(jìn)泵葉輪和導(dǎo)葉在空氣中、不同工況定常計算下以及失速工況非定常計算下進(jìn)行結(jié)構(gòu)動力性能分析。研究發(fā)現(xiàn)，葉輪轉(zhuǎn)子在空氣中的激振頻率低于固有頻率，不會發(fā)生共振，導(dǎo)葉在空氣中的振動變形的最大值均發(fā)生在導(dǎo)葉殼體上。葉輪轉(zhuǎn)