前置与后置定子泵喷推进器的水动力性能对比

为探究前置和后置定子泵喷水动力性能上的不同,本文采用计算流体力学方法,基于物理试验数据验证的数值计算模型,从敞水性能、空化性能和脉动特性3个方面对两类泵喷的水动力性能差异进行研究。结果表明:在消耗功率相同、几何尺寸近似的前提下,后置定子泵喷推进性能、平衡性优于前置定子泵喷,在较宽进速范围其推力效率比后者高2%;前置定子泵喷抗空化性能比后置定子泵喷差,空化数越小,推力效率降低幅值越大;前置定子泵喷转子叶片引起的旋转部件流场脉动压力幅值大于后置定子泵喷,而定子、导管等静止部件的流场脉动压力与之相反,后置定子泵喷脉动压力幅值大于前置定子泵喷。     

喷水推进三体船推力减额计算及分析

为分析喷水推进船推力减额在不同航速下的变化规律,基于非定常雷诺时均方程及VOF模型求解船舶粘性流场,考虑船模纵倾角及升沉变化,采用体积力的方法代替泵的作用,数值模拟了三体船模喷水推进自航。自航时船模纵倾角及吃水增加,阻力增额恒为正值,动量减额恒为负值。三体船在较低航速时有较大的推力减额,随着航速提高推力减额变为负值。动量减额是高航速时推力减额为负的主要原因。低航速时艉板浸没在水中,喷口在水面以下喷射水流,此时有较大的正阻力增额和较大的负动量减额,喷水推进器流道及喷口的安装使船体几何面积有较大减小导致静压阻力增加,是低速时阻力增额的主要原因。高速时艉板由湿变干,喷口在水面以上喷射水流,阻力增额及动量减额的绝对值减小,船模姿态变化是高速时阻力增额的主要原因。随着航速的提高,出口阻力不断增大,构成了动量减额的主要成分。     

主冷却剂泵三维流场数值模拟与分析

为深入理解和分析高温高压工况条件下某主冷却剂泵性能,采用计算流体力学方法(CFD)对其内部复杂的三维流场进行了数值模拟与分析.建立了某主冷却剂泵各部件几何模型,并对其进行网格划分.通过求解RANS方程对主冷却剂泵内部三维流场进行数值求解,湍流流动采用SST模型进行模拟.计算得到该泵在高、低设计转速时的扬程、功率和效率等性能参数.计算结果与试验数据相比较,误差在4%以内.分析表明采用CFD方法模拟结构复杂的主冷却剂泵内部流动是可行的.     

混流式喷水推进器空化性能数值分析

基于RANS方程,结合切应力输运湍流模型计算某混流式喷水推进器无空化状态时的流体动力性能。与厂商提供的数据对比表明,建立的数值模型和计算方法是可信的。在此基础上,嵌入基于Rayleigh-Plesset方程的混合物均相流空化模型,对空化条件时该喷水推进器流体动力性能进行数值计算与分析。计算得到的功率、推力等宏观量与厂商提供的数据吻合较好。计算得到空化发生时的临界进口速比值。计算结果表明,喷水推进器叶轮发生空化时,泵的流量、扬程明显降低,进而引起推力下降;在等功率条件下,随着进口速比的降低,喷水推进器叶轮空化程度越来越严重;进水流道空化的发生较喷泵叶轮空化滞后,喷口部分仅产生空间空化,较叶轮空化提前,而固壁上不产生空化;数值计算结果还证明空化限制线即为等汽蚀比转速线,且空化限制线1、2、3对应的汽蚀比转速分别约为1 280、1 390和1 580。     

前、后置定子泵喷推进器的水力性能对比

为探究前置定子泵喷和后置定子泵喷水力性能上的不同,采用计算流体力学方法,基于经验证的数值计算模型,从敞水性能、空化性能和脉动特性三个方面对两类泵喷的水动力性能差异进行研究。结果表明:消耗功率相同、几何尺寸近似前提下,后置定子泵喷推进性能、平衡性优于前置定子泵喷,在较宽进速范围其推力效率高出后者2个百分点;前置定子泵喷抗空化性能比后置定子泵喷差,空化数越小推力效率降低幅值越大;前置定子泵喷转子叶片引起的旋转部件流场脉动压力幅值大于后置定子泵喷,而定子、导管等静止部件的流场脉动压力与之相反,后置定子泵喷脉动压力幅值大于前置定子泵喷。     

喷水推进器数值模拟所需流场控制体的研究

首先,采用CFD方法对喷水推进器进行性能预报与分析,通过数值计算结果与厂商提供数据的对比,表明所用方法和建立的数值模型是可信的.然后,主要研究流场控制体大小对喷水推进器性能预报的影响,即分别从深度、宽度和长度三个维度对喷水推进器CFD模拟所需流场控制体进行调整,对比分析对计算结果的影响.通过分析流量、功率和推力等外特性指标与内部流场速度等物理量的分布,最终确定喷水推进器性能数值预报所需流场控制体的大小.     

蜂窝器与多孔介质模型整流效果的对比分析

为了认识水洞设计过程中多孔介质模型代替实体蜂窝器的作用效果,本文采用计算流体力学方法,针对蜂窝器和多孔介质局部模型,开展了计算对比研究。通过横向速度、流向速度不均匀性、湍流度和压力损失等指标评价了蜂窝器和多孔介质模型的整流效果,利用流场速度、压力、湍流度等流场参数分布,分析了蜂窝器和多孔介质模型的整流作用机理。研究表明：蜂窝器和多孔介质模型均能有效抑制横向速度;蜂窝器对流向速度均匀性具有不利影响,多孔介质模型有利于流向速度均匀性;蜂窝器能够有效降低来流湍流度,多孔介质模型对来流湍流度无明显影响;多孔介质模型能够准确模拟蜂窝器内部压力损失。本文为利用多孔介质模型代替实体蜂窝器开展水洞全回路流场的计算流体力学分析提供了指导。     

混流式喷水推进器水动力性能的数字模拟

针对混流式喷水推进器采用数值方法研究其流体动力性能并分析内部流场特性。采用全结构化网格离散计算区域,应用k-ε和k-ω相结合的SST湍流模型来封闭控制方程,采用全隐式多区域网格耦合求解。根据流场计算结果对转速-功率,转速-扬程,转速-效率特性进行了预报,并对内流场的流线和叶片表面压力分布作了详细分析。其中,预报的转速-功率特性与厂家试验结果比较,误差在2%以内。说明研究采用的模型和计算方法具有较好的可信性和较高的计算精度。