采用RNGk-ε模型對不同后置定子葉數(shù)的噴水推進(jìn)泵性能進(jìn)行數(shù)值模擬,采用4119槳進(jìn)行數(shù)值驗證,計算結(jié)果誤差均在3%以內(nèi),可有效預(yù)報水動力學(xué)性能。基于現(xiàn)有模型噴水推進(jìn)泵,分析其水動力學(xué)性能,對比不同葉數(shù)定子的噴水推進(jìn)泵性能,分析其推力性能,發(fā)現(xiàn)隨著定子葉數(shù)增加到11葉,推力增大了5.7%,隨著葉數(shù)繼續(xù)增加,推力降低,最終只提高了2.1%;對轉(zhuǎn)子推力進(jìn)行傅里葉分析,發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子的頻域特性并未發(fā)生變化;同時分析尾流場壓力脈動和湍動能分布,增加定子葉數(shù)可改善尾部流場的壓力脈動,降低脈動值,隨著葉數(shù)繼續(xù)增大,脈動值又增加,其變化趨勢與湍動能分布相同。通過掌握定子對噴水推進(jìn)泵尾流場的影響特性,奠定噴水推進(jìn)泵設(shè)計基礎(chǔ)。 

【文章來源】：船舶工程. 2020,42(S1)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

噴水推進(jìn)泵網(wǎng)格劃分

3kkkjkjeffjjkCCukuxCCUxtxxxCCGCk（2）式中：Cε1=1.42；Cε2=1.68；β=0.015；Cμ=0.085；311C[12C3m(n1)(1)6CC]/3；03(1/)1C；Sk/；024.28ijijSSS。1.2方法驗證為驗證數(shù)值計算結(jié)果的準(zhǔn)確性，本文以4119槳為驗證槳模型，進(jìn)行數(shù)值仿真計算，與試驗值對比[13]，4119槳單葉模型如圖1所示。螺旋槳表面（包括葉面、葉背和槳轂）定義為不可滑移壁面條件，外壁面不考慮黏性作用，采用剛性壁面wall。計算時采用單一旋轉(zhuǎn)參考坐標(biāo)系模型，將旋轉(zhuǎn)參考坐標(biāo)系中心設(shè)置為螺旋槳中心，由于螺旋槳旋轉(zhuǎn)方向與Z軸方向相反，旋轉(zhuǎn)中心為(0,0,0)，轉(zhuǎn)軸為(0,0,1)。外域采用絕對靜止坐標(biāo)系，兩域之間利用INTERFACE邊界進(jìn)行連接，流場通過INTERFACE插值進(jìn)行信息傳遞。槳葉網(wǎng)格劃分如圖2所示。圖1槳葉計算域圖2槳葉網(wǎng)格分布數(shù)值計算過程中采用的是全通道計算域。進(jìn)速系數(shù)J分別取為0.5、0.7、0.833、0.9，螺旋槳轉(zhuǎn)速n為一定值，即600r/min，進(jìn)速系數(shù)的變化通過改變來流流速大小來實現(xiàn)。通過FLUENT模擬計算，從計算結(jié)果中提取出不同進(jìn)速系數(shù)J情況下的螺旋槳推力與轉(zhuǎn)矩，進(jìn)行誤差分析如表1所示。表1誤差分析進(jìn)速推力計算值/N推力試驗值/N誤差/%扭矩計算值/(N·m)扭矩試驗值/(N·m)誤差/%0.5256.7254.391.0213.1813.021.220.7191.07184.882.2510.079.862.130.833130.781

，其槳葉直徑0.0096m，轉(zhuǎn)子為6葉，定子采用后置定子，葉數(shù)分別為7葉、9葉、11葉、13葉、15葉。數(shù)值計算采用Fluent軟件開展分析工作，進(jìn)口條件采用質(zhì)量流量入口，轉(zhuǎn)速為1450r/min，出口條件為outflow。采用動網(wǎng)格進(jìn)行噴水推進(jìn)泵旋轉(zhuǎn)計算，噴水推進(jìn)泵計算域模型如圖5所示。其中，噴水推進(jìn)器泵定子局部網(wǎng)格劃分如圖6所示，進(jìn)行了局部加密，以精確捕捉葉輪及定子附近的渦旋流動。3計算結(jié)果與分析3.1推力特性的分析通過CFD數(shù)值計算，噴水推進(jìn)泵的流線圖如圖7所示，葉輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的強旋流動，經(jīng)后置定子泄出，流線顯示，后置定子對旋轉(zhuǎn)流動具有整流作用，不同葉數(shù)的后置定子對其整流效果有所不同。計算完成后，獲得不同葉數(shù)后置定子的噴水推進(jìn)泵的推力特性，具體如圖8所示。以設(shè)計工況Q=40m3/h為例，隨著定子葉數(shù)的增加，噴水推進(jìn)泵的推力逐漸增加，11葉定子的噴水推進(jìn)泵推力較7葉大5.7%，當(dāng)定子葉數(shù)增大到一定程度后，推力又逐漸減小，15葉定子的推力較7葉大2.1%，這說明一定葉數(shù)的定子有利于泵葉片尾流場的改善，當(dāng)定子葉數(shù)增大到一定程度后，尾流場的改善效果不能抵消定子產(chǎn)生的阻力，由此發(fā)現(xiàn)具有15葉定子的泵推力又減小了。圖5噴水推進(jìn)泵網(wǎng)格劃分a)定子速度三角形b)定子網(wǎng)格圖6噴水推進(jìn)泵定子圖7流線分布圖8推力特性2530354045202224262830327葉9葉11葉13葉15葉推推/N流流/(m3/h)uv2w2

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
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本文編號：3471780