本文關(guān)鍵詞：高速艇噴泵葉頂間隙與軸向間距匹配和進水流道流場特性數(shù)值模擬

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【摘要】：噴水推進具有操作性能好、抗空泡能力強、推進效率高、傳動機構(gòu)簡單、維護性能好、變工況范圍廣等優(yōu)點被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代高速艇。噴泵和進水流道作為系統(tǒng)最重要的部件關(guān)系到整個推進系統(tǒng)的性能。噴泵葉頂間隙流場的分布,葉輪和導葉體之間的軸向間距大小是影響噴泵效率和流場的重要因素,進水流道的出口是水流進入噴水推進器的入口,流道的進水口面積和形狀直接影響流道內(nèi)的流場,從而影響噴泵流場。研究不同葉頂間隙和軸向間距的匹配,優(yōu)化進水流道進水口面積對噴水推進器的設(shè)計有重要參考價值。本文以某高速艇噴泵為研究對象主要做了以下幾方面的工作:1、運用UG建立噴泵的三維幾何模型和全流道模型,建立三種葉頂間隙0.5mm(2.6%D)、1mm(5.1%D)、1.5mm(7.6%D)D為葉輪直徑。參考泵的原始間距8.7mm,建立三種軸向間距為5.6mm、11.2mm、16.8mm,將兩者進行匹配得到9個計算模型。對全流道模型分塊處理,在ICEM中進行六面體網(wǎng)格劃分。2、運用ANSYS-CFX對模型進行模擬計算,通過泵的推力和效率進行實驗驗證,模型的計算可靠。每個模型進行9中不同工況計算,得到葉片的壓力和葉頂間隙壓力的分布以及對葉頂流場有決定性影響的間隙壓差曲線。3、計算結(jié)果表明:在小流量工況下,軸向間距的增加使得葉片吸力面發(fā)生空化的負壓區(qū)增加,葉頂間隙增加使其減小。在額定流量工況下葉頂間隙和軸向間距的增加都使得葉片吸力面發(fā)生空化的負壓區(qū)減小,葉片壓力面出口段葉緣處高壓區(qū)減小。在大流量工況下葉頂間隙和軸向間距的增加都使得低壓區(qū)和高壓區(qū)減小,葉頂間隙增加使得葉片壓力面出口端葉緣處高壓區(qū)增加,軸向間距增加使其減小。隨著葉頂間隙的增加,軸向間距對葉頂間隙的壓差影響由葉片出口段向進口擴展,軸向間距增加會弱化葉頂間隙增加對間隙壓差的影響,流量的增加會同時弱化兩者對間隙壓差的影響。4、通過改變平進口進水流道的進水口縱向長度,得到4種不同進水口面積,對4種不同IVR工況模擬計算。從流道的出口截面壓力分布、速度加權(quán)平均角、流道上下壁面壓力分布、流道中剖面壓力分布、過流損失來分析流道的流動性能。計算結(jié)果表明:進水口面積的增加主要表現(xiàn)在工況IVR較小時出口截面壓力分布變得均勻。速度加權(quán)平均角增加1°~2°,流道上下壁面壓力系數(shù)增加,流道抗空化能力提高。流道中剖面壓力分布變得均勻發(fā)生空化的區(qū)域減小,流道過流損失減小。IVR較大時流道流場改善的幅度減小。
【關(guān)鍵詞】：噴泵 葉頂間隙 軸向間距 進水流道 進水口面積 數(shù)值模擬
【學位授予單位】：江蘇科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：U664.34
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-12
• 第1章 緒論12-20
• 1.1 噴水推進泵葉頂間隙與軸向間距匹配研究的背景和意義12-13
• 1.2 進水流道進水口面積研究的背景和意義13
• 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-17
• 1.3.1 葉頂間隙和軸向間距國內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-16
• 1.3.2 進水流道國內(nèi)外研究現(xiàn)狀16-17
• 1.4 葉頂間隙與軸向間距匹配以及進水流道進口存在的問題17
• 1.5 本文主要研究的對象及內(nèi)容17-18
• 1.6 研究的思路和方法18-20
• 第2章 噴泵湍流數(shù)值計算方法20-34
• 2.1 CFD的求解過程總體流程20
• 2.2 控制方程20-21
• 2.3 湍流數(shù)值計算21-26
• 2.3.1 渦粘模型23-26
• 2.4 網(wǎng)格的劃分26-29
• 2.4.1 結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格26-28
• 2.4.2 非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格28-29
• 2.5 控制方程的離散方法和求解29-31
• 2.5.1 控制方程的離散方法29-31
• 2.5.2 求解31
• 2.6 邊界條件31-32
• 2.7 本章小結(jié)32-34
• 第3章 噴泵的幾何建模和網(wǎng)格劃分34-42
• 3.1 噴泵幾何模型的建立34-37
• 3.1.1 幾何模型的建立34-37
• 3.1.2 泵的全流道流體模型建立37
• 3.2 流道網(wǎng)格劃分37-40
• 3.3 本章小結(jié)40-42
• 第4章 噴泵葉頂間隙和軸向間距匹配數(shù)值分析42-66
• 4.1 計算模型42-43
• 4.2 邊界條件設(shè)置和求解驗證43-44
• 4.3 葉片壓力計算結(jié)果與分析44-57
• 4.4 葉頂間隙處葉片的壓力面和吸力面壓差計算結(jié)果分析57-64
• 4.4.1 葉頂間隙壓力分布57-59
• 4.4.2 葉頂壓力面和吸力面壓差取值點布置59
• 4.4.3 葉頂間隙處葉片的壓力面和吸力面壓差計算結(jié)果分析59-64
• 4.5 本章小結(jié)64-66
• 第5章 進水口面積對進水流道性能影響66-86
• 5.1 幾何模型67-68
• 5.2 數(shù)值模擬68-70
• 5.2.1 邊界條件和求解計算69-70
• 5.3 進水流道流動性能計算結(jié)果分析70-85
• 5.3.1 進水流道出口截面的壓力分布70-72
• 5.3.2 速度加權(quán)平均角72-75
• 5.3.3 進水流道上下壁面壓力分布及空化分析75-81
• 5.3.4 進水流道中剖面壓力分布81-84
• 5.3.5 過流損失84-85
• 5.4 本章小結(jié)85-86
• 第6章 結(jié)論與展望86-88
• 6.1 結(jié)論86-87
• 6.2 展望87-88
• 參考文獻88-92
• 攻讀碩士期間發(fā)表的論文及參研項目92-94
• 致謝94

【參考文獻】

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本文編號：736355