后置导叶型喷水推进泵总特性及三维流场

研究了带后置导叶的喷水推进轴流泵的三维流场,采用k-ε湍流模型和SIMPLEC算法对流场进行了数值模拟,分析了叶片表面的压力分布,模拟得到的总性能曲线与实验曲线比较吻合,模拟结果表明,导叶出口面上轴向速度与圆周速度的分布不均匀,与设计目的是一致的。     

双向贯流泵导叶设置与原动机布置的研究

根据双向贯流泵具有在正、反向工作时效率都不能太低，而导叶布置的位置，导叶进、出口安放角和叶栅稠密度等因素对泵出流流态变化产生影响，进而影响到泵的效率的提高这样一些特点，通过单、双向贯流泵性能试验的对比分析，得出了“S”形双向惯流泵设置后导叶能显著提高泵的效率以及原动机布置在进水侧较为有利的结论。     

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。     

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。     

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.     

水轮机固定导叶的动力特性

为计算水轮机固定导叶的动力特性，提出了计算座环约束刚度的一个简化方法，推导了刚度系数的计算公式，利用通用板单元分析了导叶在空气中的自振特性，并在真机上作了原型观测；计算结果与实测值吻合较好，进而考虑流体耦合因素，计算了固定导叶在水中的动力特性。     

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.     

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。     

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.     

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°.     

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。     

基于流动诱导噪声的喷水推进泵进水流道优化

为降低喷水推进泵流动诱导噪声,以进水流道倾斜直管的倾斜角、唇部圆角半径、纵向总长、过渡弯管半径及进水口形状为优化参数,对进水流道结构进行了组合优化．基于分离涡混合模拟和声学有限元方法建立了喷水推进泵流动诱导噪声数值计算方法,并通过试验结果验证了数值计算方法的可靠性．基于数值计算,分析了不同进水流道方案下喷水推进泵的水动力性能、压力脉动特性和流动诱导噪声特性．结果表明：最优方案下喷水推进泵推力提高0.103%,扭矩提高7.7%;压力脉动幅值整体下降;流动诱导噪声主频处声压级幅值下降1.8 dB,全频段总声压级下降1.0 dB,中低频段和高频段总声压级分别下降1.0 dB和3.5 dB.     

两栖车辆喷水推进系统的优化设计方法

开发一种基于水泵数据库的喷水推进系统的优化设计方法.以现有泵的水力模型建立数据库,根据两栖车辆喷水推进系统的技术要求和相似换算方法,从数据库中优选满足性能要求的模型泵进行设计,为设计和深入研究两栖车辆喷水推进系统提供理论依据.将该方法应用于某型号车型的优化设计,满足了该两栖车辆的预期性能.     

导叶叶片数对气液混输泵性能的影响

以自主研制的第三代YQH-100气液混输泵为研究对象,利用Fluent流场模拟软件进行数值模拟.通过对叶片式气液混输泵不同导叶叶片数及不同含气率时的流场进行数值模拟,得出混输泵叶轮、导叶压力场及速度分布,进而得到不同工况下整机效率及相对扬程曲线.经分析在不同含气率下,各导叶叶片数的效率及相对扬程均随着含气率的增大而降低;在相同含气率下,导叶叶片数为13时整机效率明显高于其他2种情况的整机效率,相对扬程也是在导叶叶片数为13时最大,且9叶片数情况要稍好于15叶片数情况.由此表明选用导叶叶片数为13时可以提高气液混输泵的整机性能.     

面向微泵的微型扩散/收缩管的优化设计

微型扩散/收缩泵属于无阀型微机械往复微泵,其性能可以通过优化微型扩散/收缩管的结构参数得到优化。本文利用Fluent软件模拟得到最优的微型扩散/收缩管的结构参数,并提出微型固定鳞片式扩散/收缩管结构。基于硅基MEMS技术制备微型扩散/收缩泵,并通过Fluent软件模拟和实验验证了鳞片式扩散/收缩泵可以提高流阻效率11%。     

泥沙流循环水槽的水动力性能

泥沙流循环水槽为总装备部中国白城兵器试验中心研制，用于轻武器环境模拟试验，作战时战士携带轻武器(指手枪、步枪、冲锋枪等)泅渡泥沙河流、淤泥沼泽地、浑浊湖泊时，考验枪膛进入泥沙后，是否会发生故障、介绍了该水槽设计中的水动力性能计算。     

余热排出泵叶轮与导叶匹配的水力性能研究

为了分析叶轮与导叶匹配对余热排出泵水力性能的影响,根据泵的性能参数设计了两个叶轮和两个导叶组合的四种方案.通过外特性试验得到:叶轮与导叶的匹配对余热排出泵在小流量工况和大流量工况范围的性能影响较大,而对设计工况下的性能影响较小.采用ANSYS CFX 14.5软件对余热排出泵叶轮与导叶的四种匹配方案进行数值模拟并对比分析了内部流场,结果表明:在0.40~1.62倍设计工况范围内,数值计算得到的性能曲线与试验结果有较好的一致性;不同工况下,导叶和叶轮的内部速度分布相互影响.     

导叶叶片厚度对核主泵性能的影响

为了研究导叶叶片厚度对核主泵性能的影响,在核主泵其他参数均不变的前提下只改变导叶叶片的厚度,通过数值方法预测了五种不同导叶叶片厚度下核主泵的水力性能.结果表明:设计工况下,导叶叶片均匀减薄0.5倍时,导叶间的排挤减小,但导叶的导流能力以及能量转化能力下降,最终使得核主泵的扬程、效率降低;导叶叶片前1/2段均匀加厚1.5倍时,较其他四种方案,其流场分布最为均匀,导叶内的流动损失也最小,模型泵的扬程、效率最高.在满足导叶叶片结构强度的前提下,可根据导叶流道的不同位置结合其不同流动状态对叶片进行非均匀加厚,以减小流道内的水力损失并最大程度地将动能转化为压能,从而提高核主泵的内外特性.     

浸没式喷水推进器水动力噪声的数值预报

为掌握浸没式喷水推进器水动力噪声的基本特征,基于点源模型和边界元方法探索该型推进器噪声的数值预报方法,并分析导管内壁面脉动压力特点以及导管对叶轮声场的屏蔽效应。结果表明：浸没式喷水推进器由于存在叶轮和导叶的相互作用,使得在导管内壁面存在较强的径向力脉动,导致静止部件声场在径向方向贡献最大;导管对旋转叶轮声场在较大范围内均存在一定的屏蔽效果,在径向方向最为显著;导管屏蔽效应导致推进器声场指向性与螺旋桨声场指向性存在较大差异。