發(fā)布時(shí)間：2020-05-10 15:56

【摘要】：高速推進(jìn)是現(xiàn)代水下航行體和船舶推進(jìn)技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要方向,而航速的提升對(duì)推進(jìn)系統(tǒng)各方面性能提出了更高的要求,傳統(tǒng)螺旋槳型推進(jìn)器應(yīng)用于高速推進(jìn)時(shí)常常遭遇噪聲過(guò)大、空泡、效率衰減等問(wèn)題。推進(jìn)泵作為一種推進(jìn)效率高、空化性能好、噪聲低的推進(jìn)形式,已大量運(yùn)用于各類(lèi)高性能水下航行體和船舶,尤其在高速航行時(shí)相比螺旋槳其性能優(yōu)勢(shì)非常顯著。然而,當(dāng)航速進(jìn)一步提高,推進(jìn)泵因葉片載荷加重仍會(huì)遭遇空化、流動(dòng)不穩(wěn)定及噪聲振動(dòng)性能惡化等問(wèn)題。面向這些問(wèn)題,將對(duì)轉(zhuǎn)技術(shù)引入推進(jìn)泵的設(shè)計(jì),能夠在充分利用推進(jìn)泵優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上更大程度地提升推進(jìn)器的能量密度、聲學(xué)性能。對(duì)轉(zhuǎn)推進(jìn)泵技術(shù)雖然在船舶高速推進(jìn)方面具有很大優(yōu)勢(shì),但其水動(dòng)力設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等相關(guān)技術(shù)仍未成熟。為充分理解對(duì)轉(zhuǎn)推進(jìn)泵特性、進(jìn)一步推進(jìn)其應(yīng)用,本課題圍繞對(duì)轉(zhuǎn)推進(jìn)泵的水動(dòng)力設(shè)計(jì)與轉(zhuǎn)子干涉特性研究展開(kāi),首先,進(jìn)行對(duì)轉(zhuǎn)推進(jìn)泵的水動(dòng)力設(shè)計(jì),分析了對(duì)轉(zhuǎn)推進(jìn)泵的內(nèi)流特性與損失機(jī)理;并且,面向?qū)D(zhuǎn)推進(jìn)泵的動(dòng)-動(dòng)干涉抑制,研究了對(duì)轉(zhuǎn)葉輪翼型厚度分布、骨線幾何等關(guān)鍵特性參數(shù)與對(duì)轉(zhuǎn)推進(jìn)泵壓力脈動(dòng)、激振力特性的關(guān)系;最后,開(kāi)展了對(duì)轉(zhuǎn)推進(jìn)泵的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì),為水下航行體及船舶的高速推進(jìn)提供一定的理論與技術(shù)支撐。論文的基本內(nèi)容如下:(1)驗(yàn)證了對(duì)轉(zhuǎn)推進(jìn)泵的定常和非定常CFD數(shù)值模擬方法。面向?qū)D(zhuǎn)推進(jìn)泵水動(dòng)力性能、壓力脈動(dòng)特性與內(nèi)流場(chǎng)結(jié)構(gòu)研究,對(duì)邊界層網(wǎng)格與湍流模型、采樣時(shí)長(zhǎng)與時(shí)間步長(zhǎng)、出入口邊界條件等進(jìn)行了分析。并借助相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了該數(shù)值模擬方案的可靠性。(2)面向某航行體性能并綜合考慮到實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)能力,確定了主要設(shè)計(jì)參數(shù),開(kāi)展了對(duì)轉(zhuǎn)推進(jìn)泵的水動(dòng)力設(shè)計(jì)。研究了關(guān)鍵的骨線幾何特征與葉片載荷分布、空化性能的關(guān)系,在保證總載荷不變的前提下,通過(guò)載荷分布優(yōu)化實(shí)現(xiàn)葉片低壓區(qū)壓力的提升,顯著提高了泵的空化性能。從而達(dá)到兼顧水動(dòng)力性能與空化性能的對(duì)轉(zhuǎn)推進(jìn)泵設(shè)計(jì)要求。(3)從葉片翼型優(yōu)化設(shè)計(jì)出發(fā),研究了基于厚度分布和骨線幾何優(yōu)化的對(duì)轉(zhuǎn)推進(jìn)泵動(dòng)-動(dòng)干涉抑制方法。分析了不同翼型厚度分布模型和骨線模型的對(duì)轉(zhuǎn)推進(jìn)泵內(nèi)部流場(chǎng)結(jié)構(gòu)、壓力脈動(dòng)特性和徑向激振力特性。研究結(jié)果表明對(duì)轉(zhuǎn)推進(jìn)泵的壓力脈動(dòng)主要是由轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)引起的流場(chǎng)不均勻性導(dǎo)致,而徑向力主要來(lái)自前后轉(zhuǎn)子的干涉。將翼型最大厚度位置適當(dāng)后移可以提高對(duì)旋轉(zhuǎn)子干涉區(qū)域的流場(chǎng)均勻性,降低壓力脈動(dòng)強(qiáng)度,并能減小轉(zhuǎn)子的徑向激振力;將前轉(zhuǎn)子葉片后部的β角適當(dāng)減小能使前轉(zhuǎn)子出流分布更為均勻,從而使后轉(zhuǎn)子的壓力脈動(dòng)和徑向力顯著下降。(4)為進(jìn)一步驗(yàn)證對(duì)轉(zhuǎn)推進(jìn)泵技術(shù),最后進(jìn)行了對(duì)轉(zhuǎn)推進(jìn)泵機(jī)械結(jié)構(gòu)與循環(huán)管路實(shí)驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)。主要包括實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)兩個(gè)方面,形成了一套詳盡的設(shè)計(jì)方案,為后續(xù)對(duì)轉(zhuǎn)型推進(jìn)技術(shù)的進(jìn)一步研究提供支撐條件。
【圖文】：

最大值３７．３。進(jìn)出口延長(zhǎng)段采用ＩＣＥＭ進(jìn)行結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分，其中出口段網(wǎng)格長(zhǎng)度逐漸逡逑增大，在保證模擬可靠性的前提下，減少網(wǎng)格量。逡逑圖２．１對(duì)轉(zhuǎn)軸流泵計(jì)算域示意圖逡逑（ａ）前轉(zhuǎn)子網(wǎng)格劃分邐（ｂ）后轉(zhuǎn)子網(wǎng)格劃分逡逑（ｃ）進(jìn)口延長(zhǎng)段網(wǎng)格劃分邐（ｄ）出口延長(zhǎng)段網(wǎng)格劃分逡逑圖２．２網(wǎng)格劃分示意圖逡逑由于在數(shù)值模擬計(jì)算中，，將微分方程轉(zhuǎn)化為離散方程時(shí)會(huì)產(chǎn)生離散誤差，所以網(wǎng)格逡逑的劃分質(zhì)量對(duì)數(shù)值模擬結(jié)果的精度有較大影響。當(dāng)網(wǎng)格數(shù)的增加對(duì)計(jì)算結(jié)果影響不大時(shí)，逡逑才可以認(rèn)為數(shù)值模擬結(jié)果有參考意義。如表２．１所示，本文采用了邋５種不同密度的網(wǎng)格逡逑１１逡逑

３．９３２逡逑選擇揚(yáng)程系數(shù)作為檢驗(yàn)的變量，揚(yáng)程系數(shù)的計(jì)算式為式（２．１）。將各揚(yáng)程系數(shù)相對(duì)逡逑最密網(wǎng)格結(jié)果進(jìn)行歸一化處理，圖２＿３為歸一化揚(yáng)程系數(shù)與網(wǎng)格數(shù)的關(guān)系曲線。由圖可逡逑知，隨著網(wǎng)格數(shù)的增加，前后轉(zhuǎn)子及泵整體的歸一化揚(yáng)程系數(shù)曲線逐漸平穩(wěn)，在總網(wǎng)格逡逑數(shù)達(dá)到３５３．６６萬(wàn)時(shí)，歸一化揚(yáng)程系數(shù)變化小于０．３％，滿(mǎn)足計(jì)算精度的要求。從計(jì)算效逡逑率和計(jì)算精度的角度考慮，本文最終選用總網(wǎng)格數(shù)為３５３．６６萬(wàn)的計(jì)算模型。其中，前轉(zhuǎn)逡逑子１３７．６０萬(wàn)，后轉(zhuǎn)子９２．２３萬(wàn)，進(jìn)口延長(zhǎng)段６１．６２萬(wàn)，出口延長(zhǎng)段６１．６２萬(wàn)。逡逑＾邋＝邐（２１）逡逑礦＝７邐（２．２）逡逑ｍ逡逑式中，好為揚(yáng)程，Ｄ為葉輪外徑，ｎ為轉(zhuǎn)速，為歸一化揚(yáng)程系數(shù)，中＾代表最密網(wǎng)格的逡逑揚(yáng)程系數(shù)。逡逑１．０９邋－１邐．邐，邐．邐１邐，邐
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：U674.941

【參考文獻(xiàn)】

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1 馮衛(wèi)民;程千;郭志偉;潘靜也;;前置導(dǎo)葉可調(diào)式軸流泵低頻壓力脈動(dòng)特性研究[J];農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào);2015年10期

2 阮輝;羅興

本文編號(hào)：2657542