喷水推进泵叶型优化汽蚀抑制技术研究

论文摘要

喷水推进作为一种特殊的船舶推进装置,具有抗汽蚀能力强、附体阻力小、保护性能好、噪声低、传动机构简单、适应变工况能力强、船舶操纵和动力定位性能佳等特点。喷水推进系统的核心部件是喷水推进泵。泵在高速旋转时容易产生空化现象,造成泵过流部件的汽蚀破坏,影响其工性能和输出功率的提高。因此,研究泵在高的转速下的汽蚀问题对于提高泵的设计水平具有重要指导意义。随着计算流体力学的发展和计算机性能的提高,用数值来模拟水泵内部的流动,并且预测喷水推进泵的总体性能和抑制汽蚀的能力已经成为可能。本文正是应用数值模拟的方法对水泵的进行计算和分析,这样有利于提高工作的效率和经济性。数值模拟方法已经成为流体机械设计的一个重要手段。本文通过准三维的流面理论设计喷水泵,分别对设计出来的三个泵模型,在八个不同工况下分别进行了模拟计算。通过改变泵的动叶进口相对液流角使动叶叶片前伸和倾斜,来提高泵的抑制汽蚀能力。三种喷水推进泵的模型分别对应的动叶进口相对液流角为35度、31度、29度。通过对计算结果的比较和分析,得出减小泵的动叶进口相对液流角使动叶叶片前伸和倾斜,在设计工况附近能够达到减小动叶叶背的空化面积和水泵内部空化区域的目的,有效地提高泵抑制汽蚀的能力,使泵的汽蚀状况得到改善;设计出的泵在额定转速下有高的输出功率,泵的运行和性能比较稳定,为实现泵的大功率输出提供了理论基础和途径。以上得到的结论对于流面理论在泵的设计、改进中的应用有一定参考价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究喷水推进泵汽蚀抑制技术的目的和意义
• 1.2 喷水推进泵国内外研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.2.3 汽蚀现象国内外研究进展
• 1.3 喷水推进泵的研究方法
• 1.3.1 设计理论的发展过程
• 1.3.2 水泵设计方法的研究进展
• 1.3.3 CFD在水泵设计中的应用
• 1.4 本文研究内容和目标
• 第2章 水泵改善汽蚀性能的方法
• 2.1 水泵的汽蚀
• 2.1.1 空化现象
• 2.1.2 汽蚀破坏机理
• 2.1.3 水泵的汽蚀余量和汽蚀比转速
• 2.2 空化与汽蚀的防护和改善措施
• 2.2.1 空化和汽蚀的防护措施
• 2.2.2 改善空化与汽蚀性能的措施
• 2.3 本章小结
• 第3章 喷水推进泵的设计
• 3.1 准三维流面理论基本方程和设计水泵的步骤
• 3.1.1 s1-s2流面的形成
• 3.1.2 s1流面基本方程
• 3.1.3 s2流面基本方程
• 3.1.4 s1-s2流面理论设计水泵步骤
• 3.2 喷水推进泵叶轮的优化
• 3.2.1 优化的方法和原则
• 3.2.2 流线曲率法
• 3.2.3 两类相对流面的迭代计算
• 3.3 喷水推进泵模型的建立
• 3.4 叶型的改变提高泵汽蚀抑制能力
• 3.5 喷水推进泵实体建模
• 3.6 本章小结
• 第4章 喷水推进泵内部流动数值模拟
• 4.1 喷水推进泵的网格划分
• 4.1.1 非结构网格生成技术
• 4.1.2 模型的计算区域和网格划分
• 4.2 流动的控制方程
• 4.2.1 流动的基本方程
• 4.2.2 标准κ～ε湍流模型
• 4.2.3 标准κ～ε模型方程的适用性
• 4.2.4 壁面函数法
• 4.3.混合平面法
• 4.4 收敛精度的选择
• 4.5 计算的边界条件和算法的设定
• 4.6 本章小结
• 第5章 数值模拟计算结果与分析
• 5.1 三种泵模型运行性能的综合分析
• 5.2 喷水推进泵的抗汽蚀性能分析
• 5.2.1 模型一抗汽蚀性能分析
• 5.2.2 模型二抗汽蚀性能分析
• 5.2.3 模型三抗汽蚀性能分析
• 5.2.4 三种泵模型抗汽蚀性能综合分析
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢