喷水推进器内非定常压力脉动特性

基于RANS方程和SST湍流模型,对喷水推进器内非定常流场进行数值模拟.经网格无关性分析后,计算得到的功率、推力与试验值对比最大误差小于4%.分析了设计转速工况和自航工况时叶轮进口、叶轮出口、导叶中部和导叶出口压力脉动的时域和频域特性.结果表明:喷水推进器内最大压力脉动发生在叶轮进口;受不均匀来流影响,叶轮进口从80°至140°半径方向的压力脉动较大;在叶轮进口与出口处,压力脉动主要受叶轮叶频控制,从轮毂到轮缘脉动幅值逐渐增大;设计转速条件下,喷水推进器运行于设计航速工况时叶轮进口压力脉动最小;自由航行时,压力脉动频率与喷水推进器转速呈线性关系,脉动幅值随航速增加而升高.     

泵喷推进器低噪声优化设计

以某水下无人潜航器为研究对象,在验证所用方法可信性的基础上运用旋转机械三维反问题设计方法、计算流体力学及计算声学等方法对泵喷推进器进行以降低噪声为目的的优化设计.研究结果显示:对泵喷推进器叶轮施加侧斜、纵斜及叶稍卸载可有效削弱叶轮和导叶之间的相互作用,进而明显降低了叶轮辐射噪声,通过进一步缩短叶轮的叶顶弦长来降低叶轮与导管内壁面之间的相互作用,泵喷推进器静止部件噪声和推进器总噪声均显著降低.     

管道内旋转声源频域声场的数值仿真

为准确计算管道内的旋转声源声场,研究基于改进的点源模型和边界元法的声场仿真方法。首先从时域上将旋转点声源离散为均匀分布在旋转轨迹上的有限的静止点声源,通过静止点声源的依次发声模拟旋转点声源的发声过程;将时域声源变换到频域,然后结合边界元方法即可计算得到管道内所有离散的静止点声源声场,该声场即为旋转点声源声场。验证基于改进点源模型计算旋转声源自由声场以及利用边界元方法计算管道内静止点声源声场的可信性,以泵喷推进器为对象,将泵喷叶片分块划分并等效为偶极源,计算分析导管内的叶轮声场。研究结果表明:以改进的点源模型和边界元法为基础的管道内旋转声源声场仿真方法是有效易行的;对导管内叶轮声场而言,入射声场与散射声场存在较大差异,导管对径向测点处叶轮声场影响较大,对轴向测点处叶轮声场的影响可以忽略。     

喷泵叶轮旋转方向对喷水推进性能的影响

采用雷诺数与弗劳德数全相似的方法预报了某双泵推进单体船喷水推进器外旋和内旋对推进和噪声性能的影响.以某混流式喷水推进器水动力性能为校验对象,验证了该数学模型和数值方法的可信性.比较了某航速下喷泵外旋及内旋时推进器推力、流量、轴功率、泵效率及推力效率的变化.叶轮旋向对推进器的流量及推力影响较大,对该航速下推力效率及泵效率影响较小.采用DES湍流模型进行了流场的瞬态计算,比较内旋及外旋泵在自航点内流场压力脉动的变化,外旋泵压力脉动的最大值大于内旋.根据瞬态计算结果进行了噪声的计算,结果表明,内旋喷泵的噪声小于外旋喷泵.     

浸没式喷水推进泵设计及装船后性能预报

为了设计浸没式喷水推进泵,以国外某喷水推进混流泵为对象建立了浸没式喷射模型,运用计算流体力学(CFD)瞬态模拟方法研究了2种转速时浸没式喷射对喷水推进泵水力性能的影响。研究表明,无论是低转速还是设计转速,浸没式喷射时喷水推进泵的扬程、轴功率、效率变化都小于1%,且叶片的空化无明显变化。由此,运用三元设计方法设计了一型适用于常规尾板式喷水推进的喷水推进泵,即按常规尾板式喷水推进的"船-泵-机"匹配方法选定喷水推进泵的设计参数,按基于环量的三元方法进行喷泵的水力设计,喷泵为6片叶片、9片导叶。最后,运用计算流体力学方法对实尺浸没式喷水推进器与船体的组合结构进行了数值模拟,结果表明,在设计航速时,该喷水推进泵完全浸没在水中工作的水力性能变化很小,进而得出浸没式喷水推进泵可以按照常规尾板式喷水推进泵的设计方法进行设计的结论。     

均匀流中泵喷推进器噪声特性数值模拟研究

以某泵喷推进器为研究对象,在以标模桨E779A进行数值验证的可行性研究基础上,针对泵喷推进器的流场特性进行计算,并将稳态结果与实验值进行对比验证,最后采用计算流体力学和声学比拟耦合方法对泵喷推进器各部件的近场噪声源和远场辐射噪声进行计算分析．结果表明：在表面噪声源强度分布上,占据声强的主要贡献部分分布在导管和定子前缘及内壁面、转子的叶梢及导边处;从声压级频谱结果来看,整体部件和转子部件在叶频及其谐频处呈现明显的线谱特性;在对噪声的贡献量上,转子部件占主导部分,定子贡献最少;在声场指向性上,轴向平面上各监测点总声压级指向性呈“8”字形分布,表现为偶极子声源特性．该研究结果对泵喷推进器噪声特性研究及降噪设计有一定的参考作用．     

矩形平板和矩形阶梯板的辐射声场指向性

利用有限元方法,提取板中各微元振幅,迭代计算了平板和阶梯板所产生的辐射声场,并测试了所加工的平板和阶梯板的声场指向性。结果表明:在平板中沿x轴与平板垂直的平面,声场指向性在轴线方向存在主瓣,但是在其他方向同时存在副瓣,副瓣声能分布较多,声能分散。在阶梯板中沿x轴与阶梯板垂直的平面,声场指向性在轴线方向存在开角较小的主瓣,声能分布主要集中在轴线方向;在沿y轴与阶梯板垂直的平面,声场指向性在轴线方向也存在开角较小的主瓣,同时在轴线方向之外存在副瓣,但副瓣声能分布较少,故声能主要集中分布在轴线方向。因此,阶梯板的声场指向性优于平板指向性,实验测试与理论计算结果相吻合。     

混流泵水动力噪声的数值预报方法

为了准确预报分析混流泵的水动力噪声,首先结合边界元法和点源模型理论完成静止壁面流噪声和任意边界条件下旋转声源噪声的数值计算与结果校验;然后以某混流泵为对象利用大涡模拟方法得到泵固体壁面脉动压力分布,在此基础上分别计算混流泵静止部件和旋转部件的水动力噪声,最后对二者声场进行叠加即得到了混流泵总声场。研究结果表明:混流泵静止壁面脉动压力幅值最强位置在叶轮与导叶的相互作用区域;静止部件对应的噪声峰值频率主要在叶频、导叶通过频率以及二者的谐频处;在混流泵进口截面叶轮引起的噪声占主要成分,静止部件的贡献可以忽略。     

喷水推进泵压力脉动特性数值计算及分析

针对喷水推进器装船后不均匀来流对压力脉动特性的影响,以某巡逻艇喷水推进混流泵为研究对象,基于RANS方程和SST湍流模型,通过流体动力学软件CFX稳态计算,进行了巡逻艇航速数值预报,所得计算值与试航值误差为1.8%,从而验证了计算流体动力数值计算的可信性。采用分离涡模拟方法,对敞水泵和装船泵进行了三维非定常数值模拟,计算分析了叶轮进出口、叶轮内部、导叶内部及喷口5个截面和叶轮叶顶间隙处的压力脉动,并对不均匀来流带来的差别进行了研究。结果表明:在敞水泵和船后泵的叶轮出口、导叶内部,水流距叶轮越远,压力脉动影响越小,压力脉动频率取决于叶轮转动频率,压力脉动幅值沿轮毂到轮缘逐渐增大,船后泵压力脉动幅值整体高于敞水泵;对于均匀来流,敞水泵旋转域叶轮室的压力脉动频率主要受导叶的影响,船后泵则受轴频的影响,二者压力脉动幅值在叶顶间隙处均从叶顶沿导边到随边逐渐增大;对于敞水泵,流道出口压力脉动频率主要受叶频控制,对于船后泵,压力脉动频率为轴频。     

喷水推进船模旋转叶轮流场的数值分析

为建立喷水推进船的自航试验模型,采用虚拟盘模型和重叠网格模型对装船后喷水推进器内的旋转叶轮进行数值计算,探讨了2种数值计算模型所得喷水推进船模船体的外流场及推进器流道内的轴向速度分布,并分析了喷水推进船模的流场特性.结果表明:2种模型的船体外流场计算结果基本一致,但两者的推进器内流场计算结果存在明显差别,且重叠网格模型的计算结果更接近真实叶轮状态;2种模型都能够模拟喷水推进船模内、外的流场特性,且对局部压力分布和船尾射流造成的兴波干扰效果的模拟结果均具有一致性.     

NACA-65-0012振荡机翼远场气动噪声的预测研究

基于声波发射时间编写了远场噪声预测的Kirchhoff积分程序,并通过静止介质中的静止点声源与匀速运动点声源的远场噪声预测验证了积分程序的可靠性.结果表明,该Kirchhoff积分程序可以获得远场噪声的有效声压和声场指向性分布.在来流马赫数为0.5且不计黏性的条件下,结合非定常流场计算程序与Kirchhoff积分程序对二维孤立振荡叶型诱发的远场噪声进行数值预测,获得了远场观察者的瞬时声压和声场指向性分布.研究表明,在30°,120°,210°和315°方向声压有效值较大.     

叶片包角对离心泵流场及脉动特性的影响

针对离心泵非定常流动压力脉动特性,采用滑移网格的大涡模拟技术对叶片包角分别为95°,100°,105°,108°的4副叶轮进行数值模拟.分析了叶片包角对离心泵水力性能、叶轮出口"射流-尾迹"、测点压力脉动频谱特性和叶轮径向力的影响关系.结果表明:随着包角的增大,离心泵的水力性能下降;包角适当增大,会使叶轮射流-尾迹流动结构变弱.在设计工况下,蜗舌附近测点压力脉动最大;在蜗壳螺旋段压力脉动强度沿流动方向逐渐变弱,而在叶轮流道内压力脉动沿流动方向逐渐增强,在叶轮出口处达到最大;而离心泵叶轮所受径向力随着包角的增大而减小,适当地增大包角可以提高离心泵运行的可靠性.     

S形贯流泵装置水力模型非定常水动力特性分析

水力模型的非定常水动力特性对泵装置的安全运行稳定性具有重要影响,在考虑了水力模型与流道的水力相互作用基础上,采用雷诺时均Navier-Stokes控制方程和RNG k-ε湍流模型对多工况时S形贯流泵装置进行了全流道非定常数值模拟,分析了水力模型的非定常水动力特性.泵装置非定常数值预测结果与试验值进行对比,验证了数值模型的可信性.计算结果表明:随叶轮的旋转,叶轮轴向力的变幅小于径向力的变幅,在小流量工况时径向力变幅最大.不同工况时叶轮的非定常脉动轴向力受转频的影响程度大于非定常脉动径向力,轴向力和径向力的脉动主频均以低频为主.在叶轮的1个旋转物理周期内叶轮的径向力分量呈蝶形分布.随流量的增大,径向力的平均值也增大,绕Z轴方向的扭矩则逐渐减小.相比大流量和小流量工况时,叶轮叶片的脉动比值在高效工况时最小,表明偏离高效工况运行时,叶轮受周期性水动荷载的影响较大,应尽量避免泵装置在偏离高效工况区域运行.随流量的增大,导叶片的脉动比值也增大.     

斜流式泵喷水推进器内部流动不稳定性分析

为了揭示斜流式泵喷水推进器的内部流动规律,利用多重参考系法,选用标准k-ε湍流模型和SIM-PLE算法,对不同工况下斜流式泵喷水推进器进行了数值模拟,分析了泵内部流动与其不稳定性之间的关系及叶轮叶片表面的压力分布规律.结果表明：扬程系数ψ与Q/Qbep曲线在流量为0.65Qbep～0.67Qbep工况下出现了正斜率（Q为工况点流量,Qbep为最佳设计工况点流量）,主要原因是导叶进口轮毂处的回流撞击叶轮出口流动,使其产生流动分离,最终形成旋涡,导致内部流动不稳定,从而使压力上升;在流量为0.65Qbep和0.85Qbep工况下,导叶内均出现回流,回流区域及回流速度随流量减小而增大.模拟分析说明斜流式泵喷水推进器在小流量工况下运行具有不稳定性.     

车用内置径向式永磁同步电机的降振优化设计

为降低永磁同步电机径向电磁力所引起的电磁振动噪声,基于电磁场、结构场以及声场有限元分析方法,提出了一种基于隔磁磁桥偏移的优化方法.以一台车用内置径向式永磁同步电机为研究对象,将电机隔磁磁桥所在位置沿转子外径的圆周轨迹向磁极方向偏移,同时对隔磁磁桥相邻间距与隔磁磁桥长度进行优化,在综合考虑电机振动噪声水平与电机性能的前提...     

有限水域水下载器推力模型实验壁面效应研究

推力模型实验是水下机器人推进系统设计的重要基础，但是推进系统实验通常伴随壁面效应产生回流，影响推力模型测试结果。为解决静水水池壁面对推进器推力模型测试的影响，通过理论分析建立水下机器人推进器的静水推力模型，通过实验方法，探究水池后壁面距离对推进器推力模型的影响，使用MATLAB对提取的实验结果进行非线性数据拟合，并给出了考虑壁面效应的推进器推力模型修正方法及水池设计的尺寸估计方法。研究发现，由于后壁面的存在，推进器的推力模型被严重低估。本文研究成果对静水实验水池设计及壁面效应下的水下推进器推力模型测试具有重要意义。     

深海扬矿泵内部非定常流体径向力研究

基于深海扬矿泵是深海采矿系统的关键设备,泵内部流动较复杂,无法用公式对流体径向力进行理论计算等,采用试验和数值模拟方法对其作用规律以及产生机理进行研究。首先,对泵内流场进行定常数值计算。然后,进行非定常数值计算,得到泵内压力和径向力的时域和频域图。研究结果表明:在对泵内流场进行定常数值计算时,发现扬程、功率和效率的模拟值与试验值较吻合,从而验证了数值模拟方法的可行性;叶轮和导叶的动静干涉是泵内产生压力脉动和不平衡径向力的重要原因;泵内压力和径向力均呈周期性脉动;叶轮内的压力脉动周期和主频与导叶的叶片数相关,导叶内的压力脉动周期和主频与叶轮叶片数相关,而两者的径向力脉动周期和主频则均与叶轮叶片数相关。     

轮胎振动辐射声场有限元法与边界元法研究

为了探索轮胎振动辐射声场特征,基于实测得到的轮胎几何参数和材料参数,建立了P215/70R14型轮胎的有限元模型.将模态分析结果导入边界元软件,求解了轮胎在径向力激励下的辐射效率、辐射声功率、表面方均根振动速度、激励点法向声强及轮胎声场指向性.结果表明,在yOz平面(x轴为轮胎的对称轴)频率为61 Hz处,轮胎声辐射接近偶极子的辐射声场.在频率为451 Hz处,轮胎声辐射接近四极子的辐射声场.当频率高于451 Hz并继续升高时,声场指向性趋于复杂.该结果为进一步探讨轮胎在真实激励条件下辐射噪声的计算奠定了基础.     

小流量工况下旋转离心叶轮内部流场PDA测量与分析

在小流量工况下，采用PDA技术对一旋转离心叶轮内部的速度场进行了测量与分析，叶轮出口带有无叶扩压器．对流道内不同流面的数据进行了数据采集和统计．实验结果表明，在小流量工况下，沿周向叶轮内的相对速度从吸力面到压力面先减小后又增大，吸力面处的速度大于压力面；沿流动方向，因流道逐渐变宽，相对速度逐渐减小；靠近轮盖侧，流场结构复杂，在流道中部存在低速区；沿轴向，从盖侧至盘侧，相对速度逐渐增大，分布逐渐均匀；叶轮出口吸力面侧存在气流分离现象．     

核电锅炉给水泵最小流量循环阀出口形状改造及噪声控制

调节阀噪声是核电厂噪声的重要来源之一。针对某100 MW核电机组锅炉给水泵最小流量循环阀,运用计算流体力学方法对其进行流场计算,同时采用FW-H方程对远声场噪声进行预测,分析该阀门的噪声特性和噪声源。在此基础上,对阀门出口结构进行改造,采用鼓形出口段和流道内壁小孔结构,控制阀门噪声。通过分析与比较发现阀门噪声源位于盘片槽道内部,改造后的出口段能够消耗较多的平均动能与湍流脉动动能,因此能够较好地抑制噪声传播,具有一定降噪效果。