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喷水推进泵流道设计研究

作　者: 付华林
导　师: 谭智勇
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 动力机械及工程
关键词: 喷水推进泵奇点分布法流道设计数值模拟汽蚀
分类号: U664.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 34次
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内容摘要

喷水推进装置作为一种新型的船舶推进装置,其应用领域正在逐步扩展,尤其是在高性能舰船上已被广泛应用。在未来高速船领域内,喷水推进装置必将向着大功率、高效率的方向发展。泵作为喷水推进装置的核心部件,对其性能的研究极为重要。基于两类相对流面理论,本文首先应用Fortran语言编制了喷水推进泵准三维反问题设计程序,该程序可认为是通用的,对于本文中设计转速及功率条件下的其他模型程序,可通过修改此程序来实现。由程序生成的DATA文件,可进行喷水推进泵的三维建模,最后应用Fluent软件对不同流道形状的喷水推进泵进行数值模拟。本文共设计了五种喷水推进泵流道形状。其中模型一特征为进口内、外径比r/R=0.19；模型二特征为r/R=0.25；模型三特征为r/R=0.30；模型四在模型二的基础上,在动叶区入口处,适当地改变了轮毂和轮缘的轴面流道边线形状,使其离心角度加大；模型五与模型四相比,只是将动叶区进口附近轮毂和轮缘的径向角度增加的更大一些。针对于每一种模型,分别选取了7-8个流量工况点进行计算,在这些工况中,以设计点流量为基准,选取小流量工况、设计工况和大流量工况作为典型工况,对于前三种模型不同流量工况下的流场进行了对比分析,包括压力场和速度场。另外,针对于五种模型,计算出各个工况点的流量、扬程、功率、效率和汽蚀面积百分比,进行外特性对比分析。分析曲线的变化趋势及汽蚀性能。在完成以上工作后,根据分析的结果,进行设计点工况的选型和变转速计算。由于汽蚀是影响泵性能的重要因素,因此在此处选型时,主要选择汽蚀性能优良的喷水推进泵流道模型进行计算,分析流量、扬程、功率、效率、汽蚀面积随转速的变化关系。本文中由于没有对叶型进行较多的汽蚀优化,因此设计出的喷水推进泵汽蚀面积较大,但通过对流道形状的分析,能够得到利于减小汽蚀的流道形状。因此可根据不同的设计要求进行泵的选型,为喷水推进泵的实验研究等提供了依据。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第1章绪论  11-22
  1.1 喷水推进泵研究的背景和意义  11-12
  1.2 水利机械中的汽蚀现象  12-16
    1.2.1 汽蚀现象的产生机理  12
    1.2.2 水泵的汽蚀性能  12-13
    1.2.3 汽蚀相似定律及相似特征数  13-15
    1.2.4 提高泵抗汽蚀性能的措施  15-16
  1.3 汽蚀现象的国内外研究现状  16-22
    1.3.1 国外方面  16-18
    1.3.2 国内方面  18-21
    1.3.3 本文的主要研究内容  21-22
第2章 S1、S2流面理论及奇点分布法  22-28
  2.1 叶轮流体动力学设计理论  22
  2.2 S1、S2流面的特点  22-23
  2.3 奇点分布法  23-24
  2.4 基于S1、S2流面的准三维反问题设计控制方程  24-27
    2.4.1 基本假设  24
    2.4.2 S2流面基本方程  24-25
    2.4.3 叶片基本方程  25-26
    2.4.4 方程组的封闭  26-27
  2.5 本章小结  27-28
第3章喷水推进泵通用程序设计及建模  28-41
  3.1 喷水推进泵通用程序设计步骤  28-36
    3.1.1 S2流面程序设计步骤  28-31
    3.1.2 S1流面程序设计步骤  31-36
  3.2 喷水推进泵点坐标的形成  36-38
  3.3 基于程序的喷水推进泵三维造型  38-40
  3.4 本章小结  40-41
第4章喷水推进泵数值计算方法  41-53
  4.1 控制方程  41-43
    4.1.1 N-S方程  41-42
    4.1.2 k-ε模型  42-43
  4.2 基本方程的离散  43-45
  4.3 算法  45-48
  4.4 喷水推进泵的网格划分  48-50
  4.5 边界条件的处理  50-52
    4.5.1 进、出口边界条件  50
    4.5.2 近壁面的处理  50-51
    4.5.3 交界面的处理  51-52
  4.6 本章小结  52-53
第5章喷水推进泵流道设计及计算结果分析  53-87
  5.1 五种不同流道形状的喷水推进泵流道设计  53-61
    5.1.1 模型一流道设计  53-54
    5.1.2 模型二流道设计  54-58
    5.1.3 模型三流道设计  58-60
    5.1.4 模型四流道设计  60
    5.1.5 模型五流道设计  60-61
  5.2 不同进口内、外径比的喷水推进泵流场分析  61-78
    5.2.1 压力场分析  61-70
    5.2.2 速度场分析  70-76
    5.2.3 汽蚀性能分析  76-78
  5.3 五种不同流道形状喷水推进泵外特性对比分析  78-84
    5.3.1 模型一、模型二与模型三外特性对比分析  79-82
    5.3.2 模型二、模型四与模型五外特性对比分析  82-84
  5.4 设计工况点选型及变转速计算  84-86
  5.5 本章小结  86-87
结论  87-89
参考文献  89-93
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  93-94
致谢  94

喷水推进泵流道设计研究

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