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.     

船-泵相互作用对喷水推进器推进性能的影响

为研究喷水推进船快速性预报中船体与喷水推进器相互作用机理,借助于计算流体力学(CFD)方法研究船-泵相互作用对喷水推进器推进性能的影响.通过计算由k-ε湍流模型封闭的RANS方程,分别得到敞水条件下和考虑船体斜升角、纵倾等因素影响的装船后喷水推进器的三维黏性流场,敞水条件下计算结果与试验数据的良好吻合验证了数值模型和方法的可信性.不同斜升角和纵倾模型计算结果表明:船体斜升角和横倾对喷水推进器推进性能影响很小;船体尾升角和纵倾角的变化改变了船体边界层,对喷水推进器推进性能和作用因子影响很大;纵倾角由正变负,喷水推进器对船体边界层的利用增强,使流量变小,功率、推力和扬程变大;进流动量系数、进流能量系数、动量作用效率和能量作用效率均减小.喷水推进器也反作用于船体,产生使船体纵倾角减小的力矩.     

实船喷水推进泵空化识别试验

根据空化特征,提出了利用高阶导数判别空化特征频带的方法.对喷水推进泵壳体振动信号以及进口水声信号进行高阶导数计算,然后进行均方根标准化,通过特征频段滤波后在时域中求取超过给定阈值的极值,计算其均值、均方根值、方差、歪度以及峭度指标,利用基于最小二乘支持向量机（LS SVC）对实船测试的6种空化状态进行了分类识别.与传统的反向传播（BP）和径向基函数（RBF）神经网络识别效果相比,LS SVC的分类准确率更高,程序运行时间更短.     

喷水推进装置模拟训练系统的转速控制及试验研究

转速的模拟或控制问题是喷水推进装置模拟训练系统极为重要的一个方面,针对喷水推进系统的特点,建立了能够适用于模拟训练仿真的喷水推进系统数学模型。根据实验室现有喷水推进装置样机的实际配置情况,对"变频器-异步电动机-喷水推进装置样机"模拟"柴油机-喷水推进系统"转速问题开展了深入研究,完成了转速调节校正环节设计。转速模拟试验表明:方法有效可行,为提高模拟训练逼真度和训练效果提供了有效可行的技术手段。     

喷水温度对缸内喷水柴油机燃烧及性能影响的试验研究

基于一台双缸机械泵柴油机,结合自行开发的高压共轨喷射系统、缸内高温水喷射系统及高性能控制平台,试验研究不同喷水温度下的缸内喷水技术对柴油机燃烧及性能的影响.结果表明,随着喷水温度从25℃提高至160℃,喷入缸内高温高压环境的水的蒸发速度改善,缸内有效做功工质增加,膨胀行程做功量可实现约49.5 J的优化,柴油机指示热效率提高8%.与此同时,提高喷水温度可改善缸内水雾蒸发速率,从而降低缸内燃烧过程的循环波动.     

叶片倾斜对微型泵水力性能的影响

微型泵由于尺寸小,通常存在效率偏低的问题。该文针对常用于微型泵的半开式叶轮,探讨叶片倾斜对微型泵性能的影响。在实验中使用了两个外径36mm、具有相同叶片翼型的半开式离心叶轮,在转速11000r.min-1(对应Re=3.72×105)下测试了叶轮的水力性能。对两个叶轮都进行了数值模拟。与实验结果相比,数值计算结果很好地预测了最优效率点附近的泵性能。结果表明:微型叶轮的叶片朝压力面方向倾斜适当的角度可以提高微型泵的水力性能;叶片倾斜抑制了压力面附近的二次流动,有助于改善微型泵的水力性能。     

叶顶间隙对喷水推进轴流泵空化性能影响

采用标准k-ε湍流模型和Mixture多相流模型对喷水推进轴流泵五种不同叶顶间隙下的流场进行数值模拟;并对其不同叶顶间隙下的空化性能进行分析。结果表明,随着装置空化余量的降低,空化最先在叶轮进口轮缘附近发生;然后逐渐向叶轮出口边、轮毂及压力面方向扩展开去。随叶顶间隙的增大,临界空化余量逐渐增大;且叶片吸力面空化面积增大,抗空化性能下降;叶顶间隙的存在导致叶轮出口轴向速度在靠近间隙的20%叶高区域降低;在相同装置空化余量下,叶轮出口轴向速度下降的速度随叶顶间隙值的增大而加快。     

轴流式喷水推进泵的三元设计

运用泵的三元设计理论和计算流体力学(CFD)数值计算方法对大功率、高效率轴流式喷水推进泵进行水力设计和性能预报,并对喷口轴向长度、叶轮叶片随边与导叶叶片导边的轴向距离以及叶顶间隙对喷泵水力性能的影响进行进一步计算与分析。从理论上说明叶轮叶片和导叶叶片之间存在最佳匹配距离,该最佳间距为标称直径的3%~4%。运用黏性雷诺时均方法(RANS)对所设计轴流式喷泵水力性能进行数值预报。研究结果表明:泵在设计流量点效率达到92.3%,同时也满足抗空化性能要求,且在较宽的流量范围内具有良好的水力性能。     

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。     

船舶喷水推进泵设计的若干问题

本文针对船舶喷水推进泵的特点,阐述了推进泵设计参数的计算、选择方法。并对推进泵,特别是高速船舶推进泵型式的选择、水力设计及材料选择的若干问题进行了讨论和分析。     

流体附加阻尼及其对微型泵输出性能的影响

为提高微型泵的输出能力,从理论上分析了流体对薄膜驱动器动态特性的影响规律,建立了流体作用力及附加阻尼的计算模型.通过理论分析,说明减小流体黏度、增加腔体高度和阀孔直径会降低流体附加阻尼和减小流体对驱动器的反作用力,从而可提高泵的最佳工作频率和输出流量.设计制作了压电泵,并进行了试验,以水和空气为介质测试的压电振子的基频分别为49 6 Hz和2 72 kHz,说明流体黏度对薄膜驱动器的基频有很大影响.试验结果表明,流体黏度的增加会降低驱动器的基频,增加阀孔直径可提高泵的输出流量和最佳工作频率.     

格栅安装角对喷水推进泵装置性能影响的数值模拟

为探究格栅安装角对喷水推进泵装置性能的影响,建立了"格栅+推进泵+进水流道+喷嘴+船底水体"的三维几何模型,基于计算流体动力学(CFD)技术对该模型进行数值计算,并对内流场特性、推力性能和水力性能展开分析.分析结果表明:格栅的安装会明显缩小泵装置纵剖面上的高速区范围,但格栅安装角对高速区范围变化影响不大;装设格栅后弯管断面和流道出口断面上的法向流速分布明显变化,随着安装角的增加,该影响减弱;流道出口断面水流较为平顺,法向流速均匀度欠佳,格栅的安装会加剧这种趋势;装设格栅后装置的推力减小,随着格栅安装角的增加,推力会逐渐恢复至无格栅方案时的推力水平;格栅安装角的变化对装置的水力性能影响并不明显;推荐格栅安装角γ选择5°.     

喷水推进泵空化特征联合分类识别

在无空化区、空化Ⅰ区和空化Ⅱ区3种工况条件下，利用安装在实船喷水推进泵检查孔内的水听器和布置在泵壳上的加速度传感器获取喷水推进泵的声压和振动信号.通过二阶导数分析发现，空化前后声压和振动信号的二阶导数均具有显著的差别，空化后声压信号在8~25 kHz、振动信号在3~12 kHz频段上出现了明显的峰值.以该特征频段上二阶导数的峰值序列为基础，构造特征集并进行特征联合分类识别.结果表明：利用特征联合分类识别可以区分无空化区、空化Ⅰ区和空化Ⅱ区的信号，多传感器特征联合分类识别的效果优于单传感器特征联合分类，尤其是基于二阶导数的多传感器特征联合分类识别的效果较为理想.     

基于仿生翼型喷水推进泵内流场特性研究

基于仿生学原理开展喷水推进泵内部流场特性研究.采用数值模拟与模型泵试验相结合的方法对仿生翼型设计的喷水推进泵叶轮与NACA4410和791翼型得到的叶轮进行比较分析.研究结果表明,相同条件下,仿生翼型泵扬程最高,附着在叶片附近的低压区最大,上压力面与下吸力面压差最大,效率最高;仿生翼型泵湍流动能发展相对稳定,速度矢量分布最为均匀,能量损失最小,仿生翼型泵具有最优的水力性能.仿真翼型叶轮的研究方法在喷水推进泵模型优化上具有一定的可行性,对后续的研究具有重要的指导意义.     

驼峰区内混流式喷水推进泵失速状态判别研究

为了对混流式喷水推进泵的驼峰区内失速状态进行判别,捕捉失速涡的位置、形态、尺度,基于RNG k-ε湍流模型对混流泵多工况下的内部流场进行数值计算。研究结果表明:伴随着旋转失速在叶轮流道内产生,混流式喷水推进泵扬程、效率皆呈现大幅度下降,能量损失严重;在叶轮进流面流动分离、出流面回流、旋转失速的综合作用下,混流式喷水推进泵在0.3Q_(des)～0.8Q_(des)的扬程曲线都呈现驼峰区特性;依据过流参数、内流特性、压力分布等评判指标对驼峰区各工况流动特性进行判别,明确了各工况下所对应的失速状态;通过捕捉初始失速工况下的失速涡,发现其紧附在叶片后缘吸力面侧,横跨整个叶轮流道,并有向下游叶片前缘延展趋势;失速状态下的来流在受到失速涡的卷吸效应及堵塞作用下,流动路径呈现多次偏折,部分来流在失速涡堵塞效应及泄漏流冲击的共同作用下,最终流向下游流道。     

基于代理模型的轴流式喷水推进泵优化设计

基于代理模型的敏感度分析以及预测方法,对喷水推进轴流泵叶片结构参数进行了优化设计研究,选取叶轮叶片和导叶叶片的安放角作为优化参数,选择效率、扬程作为优化设计的目标函数;针对优化结果,采用数值模拟的方法进行了外特性以及空化性能对比分析.结果表明：导叶叶片安放角对喷水推进轴流泵性能影响较小,叶轮叶片安放角是影响喷水推进轴流泵性能的主要因素;优化后喷水推进轴流泵的外特性以及空化性能均得到提升,效率提高了3.5%.同时,结果表明代理模型优化设计方法可以较好的适用于喷水推进轴流泵的优化设计.     

单人水下用螺旋斜流式喷水推进泵设计及性能预测

基于动量定理,采用速度系数法设计一种直流电机驱动的单人水下用螺旋斜流式喷水推进泵.为进一步了解推进泵运行情况,基于多重参考系下的雷诺时均N-S方程和RNGk-ε湍流模型,对推进泵的内部流动进行全三维数值计算,获得了推进泵的部分内部流场信息以及效率和功率特性曲线.分析所得信息和曲线可知,推进泵偏大流量工况运行时导叶内部流动相对稳定;推进泵无喷出段时效率比有喷出段时高,设计点高出约32%;随着推进速度的增大,推进泵的有效输出功率先增大后减小,制动功率成三次方增大,当推进速度增大到2.6m/s时,推进器受力达到平衡状态,推进速度不再增大.总体而言,推进器结构设计合理,水力性能较好,推进作用能够实现,但推进效率(最优工况效率仅为57.88%)偏低,还需进一步改进.     

叶顶间隙对压气机非设计转速气动性能影响的试验研究

为研究叶尖间隙对压气机非设计转速性能特性与稳定边界的影响,以某大涵道比涡扇发动机的十级高压压气机为研究对象,在高转速压气机试验器上开展了试验研究.采用精细化的级间参数测量,以揭示叶尖间隙影响多级压气机级间匹配的机理.结果 表明:叶尖间隙增大后,压气机非设计转速的流量减小、效率降低,且间隙对气动稳定性有显著影响,压气机的前面级未出现压比降低的情况,后面级做功能力明显降低,间隙影响主要集中在叶高80％截面以上,使得压气机更容易进入失速状态.     

离心泵转速改变对泵装置效率的影响

讨论了离心泵的运行转速改变后，由于泵效率和管路效率的变化而给整个果装置效率带来的影响，由此可以判断离心泵改变转速后，泵装置的运行是否合理，并可确定泵装置运行的最佳转速范围。