混流式噴水推進(jìn)泵由于具有振動(dòng)噪聲低、附體阻力小、抗空化性能強(qiáng)等突出優(yōu)勢(shì),已成為各國(guó)科技及軍事工業(yè)優(yōu)先發(fā)展的方向。由于進(jìn)水流道幾何結(jié)構(gòu)限制以及驅(qū)動(dòng)軸擾動(dòng),噴水推進(jìn)器在裝船運(yùn)行過(guò)程中進(jìn)水流道在不同航速下均會(huì)發(fā)生流動(dòng)分離現(xiàn)象,并形成周向分布不對(duì)稱(chēng)的非均勻進(jìn)流。非均勻進(jìn)流不僅導(dǎo)致噴水推進(jìn)泵發(fā)生流動(dòng)失穩(wěn),誘發(fā)性能下降,推力不足,還會(huì)導(dǎo)致各葉片載荷分布不均,加劇振動(dòng)和噪聲。同時(shí),噴水推進(jìn)器機(jī)動(dòng)條件下常處于部分負(fù)載工況,極易誘發(fā)旋轉(zhuǎn)失速等非穩(wěn)定流動(dòng),進(jìn)一步惡化了內(nèi)部流場(chǎng)。因此,揭示噴水推進(jìn)器內(nèi)部流動(dòng)失穩(wěn)機(jī)制,探究非均勻進(jìn)流與泵內(nèi)流動(dòng)響應(yīng)的匹配性與關(guān)聯(lián)性具有重要意義。本文在國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“近失速工況下混流泵輪緣泄漏流的動(dòng)力學(xué)行為及失穩(wěn)機(jī)制（項(xiàng)目編號(hào):51679111）”等的資助下完成�；趯�(duì)噴水推進(jìn)泵進(jìn)流條件的改變,探究了不同進(jìn)流形態(tài)下噴水推進(jìn)泵內(nèi)流特性。本文主要研究工作及取得成果如下:（1）建立了噴水推進(jìn)器全流場(chǎng)數(shù)值計(jì)算模型,利用CEL語(yǔ)言引入Wieghardt公式實(shí)現(xiàn)了對(duì)裝置內(nèi)流態(tài)的精確仿真,獲得不同航速下噴水推進(jìn)泵揚(yáng)程、效率、推力等性能特性,揭示了各航速下進(jìn)水流道流動(dòng)分離的差異性及渦旋初生... 

【文章來(lái)源】：江蘇大學(xué)江蘇省

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

噴水推進(jìn)泵

江蘇大學(xué)碩士學(xué)位論文3究。Duerr[21]基于全流場(chǎng)數(shù)值計(jì)算對(duì)噴水推進(jìn)器進(jìn)水流道內(nèi)部渦流形態(tài)及產(chǎn)生流動(dòng)分離誘因進(jìn)行探究，并分別對(duì)進(jìn)水流道斜坡處持續(xù)流向渦及船底邊界層的流動(dòng)分離現(xiàn)象進(jìn)行捕捉，如圖1.2所示。由于船底邊界層流動(dòng)分離的影響，靠近進(jìn)水流道斜坡壁面的流線(xiàn)迎風(fēng)角上游與斜坡處流動(dòng)發(fā)生干涉效應(yīng)，加劇了斜坡處流向渦的擴(kuò)大。Brandner[22]對(duì)噴水推進(jìn)器進(jìn)水流道流態(tài)進(jìn)行可視化試驗(yàn)研究，捕捉到了進(jìn)水流道唇部處的渦空化形態(tài)，并指出船底邊界層的增厚雖能顯著減少斜坡處流動(dòng)分離現(xiàn)象及泵進(jìn)流面的流動(dòng)畸變，但加大了進(jìn)流面底部唇部區(qū)域渦空化的形成�？偠灾�，在軸系擾動(dòng)、船底邊界層、斜坡曲率、唇部入射等原因的共同作用下，噴水推進(jìn)器進(jìn)水流道在各航速下均存在較為顯著的流動(dòng)分離現(xiàn)象，并共同誘發(fā)了噴水推進(jìn)泵進(jìn)流面非均勻進(jìn)流的形成。圖1.2進(jìn)水流道流動(dòng)分離特性及非均勻進(jìn)流成因[21]Fig.1.2Flowseparationcharacteristicsofwaterjetintakeductandinducementsofnon-uniforminflow[21]基于噴水推進(jìn)器各航速下非均勻進(jìn)流形態(tài)的差異性，國(guó)內(nèi)外學(xué)者提出了評(píng)價(jià)指標(biāo)來(lái)定量評(píng)價(jià)非均勻進(jìn)流流態(tài)的不均勻性。Bulten[23]提出速度不均勻系數(shù)ζi來(lái)量化評(píng)價(jià)進(jìn)流面速度分布的不均勻性，此種評(píng)價(jià)手段得到國(guó)內(nèi)外學(xué)者廣泛認(rèn)可和采用[24-27]。由于噴水推進(jìn)器是通過(guò)噴水推進(jìn)泵做功所產(chǎn)生的動(dòng)量差來(lái)推動(dòng)船舶運(yùn)行，為了量化船舶行進(jìn)過(guò)程中的動(dòng)量，Chesnakas[28]基于不均勻系數(shù)ζi提出了動(dòng)量不均勻系數(shù)βM與能量不均勻系數(shù)βE。此外不少學(xué)者借鑒壓氣機(jī)進(jìn)氣畸變研究成果，提出畸變系數(shù)DC60、優(yōu)值系數(shù)FOM等對(duì)噴水推進(jìn)器非均勻進(jìn)流進(jìn)行定量評(píng)價(jià)[29-31]。1.2.2旋轉(zhuǎn)失速的研究現(xiàn)狀船舶在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中不僅僅在某一固定航速下勻速運(yùn)行，

混流式噴水推進(jìn)泵流動(dòng)失穩(wěn)機(jī)制研究4響，且變化區(qū)間較小，但在機(jī)動(dòng)條件下，尤其是啟停狀態(tài)下，噴水推進(jìn)裝置常處于部分負(fù)載工況運(yùn)行。旋轉(zhuǎn)失速是葉片泵在部分負(fù)荷條件下運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)的不穩(wěn)定流動(dòng)現(xiàn)象[32,33]，它不僅會(huì)造成極大的能量損失[34]，還會(huì)惡化流場(chǎng)，產(chǎn)生噪聲，甚至威脅到葉片轉(zhuǎn)子的使用壽命，造成葉輪葉片的損壞[35]�；贓mmons[36]提出的經(jīng)典理論，葉輪由于周向不均勻擾動(dòng)誘導(dǎo)旋轉(zhuǎn)失速的發(fā)生。隨著流動(dòng)分離的加劇，會(huì)形成失速渦并堵塞流動(dòng)通道，如圖1.3所示。不穩(wěn)定流動(dòng)引起的能量耗散往往導(dǎo)致泵性能曲線(xiàn)在0.4Qdes和0.7Qdes之間出現(xiàn)馬鞍區(qū)，這也是判斷失速發(fā)生的標(biāo)準(zhǔn)之一[37]。不僅是混流泵在部分負(fù)荷條件下容易發(fā)生旋轉(zhuǎn)失速，而且其他葉片泵、水輪機(jī)、風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)等幾乎所有旋轉(zhuǎn)機(jī)械在非設(shè)計(jì)工況下都容易發(fā)生旋轉(zhuǎn)失速，甚至產(chǎn)生喘振，嚴(yán)重危及機(jī)組安全[38-41]。旋轉(zhuǎn)失速?gòu)V泛存在于部分負(fù)荷條件下的旋轉(zhuǎn)機(jī)械中，嚴(yán)重影響旋轉(zhuǎn)機(jī)械在工作區(qū)域內(nèi)的穩(wěn)定運(yùn)行，造成流動(dòng)失穩(wěn)、能量耗散、振動(dòng)加劇等現(xiàn)象，甚至引起喘振等危害機(jī)組安全的不良后果[42-44]，因此有必要對(duì)旋轉(zhuǎn)失速的流動(dòng)特性及傳播機(jī)理進(jìn)行研究。圖1.3旋轉(zhuǎn)失速經(jīng)典理論[36]Fig.1.3Classicaltheoryofrotatingstall[36]目前，許多學(xué)者對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械在失速條件下的內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行了深入研究，詳細(xì)討論了旋轉(zhuǎn)失速的誘發(fā)因素，并通過(guò)PIV和壓力脈動(dòng)試驗(yàn)分析了旋轉(zhuǎn)失速的傳播機(jī)理。Ye等[45]利用數(shù)值模擬和PIV測(cè)量方法分析了部分負(fù)荷條件下離心泵的流動(dòng)不穩(wěn)定性，指出葉輪出口存在大尺度渦。Ciocan[46]用PIV和激光多普勒測(cè)速技術(shù)研究了導(dǎo)葉內(nèi)渦的產(chǎn)生與馬鞍區(qū)現(xiàn)象之間的相互作用。Miyabe等[47]提出，葉片擴(kuò)壓器產(chǎn)生的向葉輪出口周期性大規(guī)�；亓鲗�(dǎo)致性能不穩(wěn)

【參考文獻(xiàn)】：
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碩士論文
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