用数值模拟研究转速变化对喷水推进轴流泵性能的影响

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喷水推进器进水流道流动性能的数值分析

ｓｈａｐｅｓ，ｒａｍｐｒａｄｉｉ．Ｂｙａｎａｌｙｚｉｎｇｄｕｃｔｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，ｗｅｉｇｈｔｉｎｇａｖｅｒａｇｅａｎｇｌｅ，ｎｏｎｕｎｉｏｒｆｍｉｔｙｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔａｎｄｌｉｐｐｏｉｎｔｐｏｓｉｔｉｏｎ，ｔｈｅｌｏｆｗｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｉｎｌｅｔｄｕｃｔｗｅｒｅｃｏｍｐａｒｅｄａｎｄａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆ
（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＮａｖａｌＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅａｎｄＯｃｅａｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＪｉａｎｇｓｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆ
ＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｚｈｅｎｊｉａｎｇ２１２００３，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｉｎｌｅｔｄｕｃｔｐｒｏｇｒａｍｓｏｆｗａｔｅｒｊｅｔｐｒｏｐｕｌｓｉｏｎｗｅｒｅｄｅｓｉｇｎｅｄ，ａｎｄＣＦＤｓｏｆｔｗａｒｅＦｌｕｅｎｔｗａｓｕｓｅｄｆｏｒｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｗａｔｅｒｊｅｔｐｒｏｐｕｌｓｉｏｎｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｄｕｃｔｉｎｃｌｉｎａｔｉｏｎｓ，ｌｉｐｒａｄｉｉａｎｄ

水泵工作性能的数值模拟与改进

水泵工作性能的数值模拟与改进水泵是一种广泛应用于工农业生产、建筑、矿山等各个领域的重要设备。

通过将驱动力转化为液体的压力能，水泵能够将水或其他液体从低位抽升到高位，为生产和生活提供了重要的保障。

水泵的工作性能直接影响着设备的效率和可靠性，在我们的日常工作和生活中有着重要的意义。

为了优化水泵的工作性能，提高其效率和经济性，数值模拟与改进成为了必不可少的工作内容。

1. 水泵工作性能的数值模拟数值模拟是一种通过计算机仿真的方法，可以模拟实际的物理过程，并通过对各参数的调整和分析，优化设备工作效率。

对于水泵而言，数值模拟可以通过计算流体力学进行。

计算流体力学是一种数学方法，通过对流体运动方程进行数值求解，获得流体内各点的速度、压力等参数，从而模拟出流体在泵内的运动情况。

在水泵工作性能的数值模拟中，首先需要建立合适的数学模型。

模型一般包括泵的几何结构、流体介质的物理性质和运动方程。

泵的几何结构包括叶轮、流路和边界条件等，流体介质的物理性质包括密度、黏度等。

运动方程则根据质量守恒、动量守恒和能量守恒等基本原理进行建立。

通过对这些参数的合理设定和模拟，可以获得泵的各项性能指标，如效率、扬程、流量等。

2. 水泵工作性能的改进水泵工作性能的改进是一个复杂的工作，需要综合考虑多个因素。

其中包括泵的结构设计、材料选择、液体介质的选择和优化、运行参数的调整等。

首先，泵的结构设计是影响其性能的重要因素。

合理的叶轮和流路设计能够减小流体的阻力，提高泵的效率。

通过数值模拟分析，可以对泵的叶轮和流路进行优化，提高其流体的进出口效率。

其次，材料选择也对泵的性能有着重要的影响。

不同的液体介质对材料有不同的要求，例如对酸碱性液体、高温液体等有着特殊的材料要求。

合适的材料选择能够减小泵的磨损和腐蚀，延长设备的使用寿命。

另外，优化液体介质的选择也是改善泵性能的关键。

不同的液体介质对泵的工作参数有不同的影响，如黏度、密度等。

通过对液体介质的选择和优化，可以减小泵的能耗，提高泵的效率。

对旋轴流式喷水推进器内部流动数值模拟与分析

对旋轴流式喷水推进器内部流动数值模拟与分析王雪豹;潘中永;朱嘉炜【摘要】Without considering the change of nozzle diameter and steering gear, only the change of ship speed and rotational speed affect the internal flow in the running of the water-jet propeller.The full flow passage numer-ical simulation of a contra-rotating axial flow water-jet propeller was performed at different ship speed and rota-tional speed based on CFD method.A control volume of calculated fluid flow region of water-jet is defined,and streamlines and pressure distribution were illustrated by using SST turbulent model.The effects of ship speed and rotational speed of the propeller on the internal flow field of the water jet propeller are analyzed and compared. Simulation results indicate that flow field in water-jet propeller particularly around front impeller is greatly affect-ed by ship speed,fluid at speed,and the lower part of the front impeller has maximum speed.Velocity distribu-tion are basically the same at different rotational speeds,but varies only in numerical value.The change of rota-tional speed does not have a great impact on the internal flow of water jet propulsion,while the increase of the ro-tational speed stabilize the internal flow of the propeller.The flow state is basically the same after the rear impel-ler for different ship speed and rotational speed,flow velocity at the outlet increases with the increasing of ship speed,and the velocity distribution is basically the same.%在喷水推进器运行时,不考虑改变喷口直径以及转向装置,只有转速以及航速变化对喷水推进器内部流动产生影响.基于计算流体力学方法,以对旋轴流式喷水推进器为对象,并在进水流道底部加入计算所需流场控制体.使用SST湍流模型,对喷水推进器进行相同转速不同航速、相同航速不同转速下的全流道数值模拟,得到首级叶轮进口处、首次级叶轮轴向间隙、次级叶轮出口处和喷口处截面速度与压力分布,从而分析比较推进泵转速以及推进器航速对喷水推进器内部流场的影响.结果表明:航行速度对喷水推进器内部尤其是首级叶轮前后流动产生显著影响,流道内速度变化较大;首级叶轮进口处底部速度最大且对后续流动有影响;在航速不变时,速度分布基本相同,仅在数值上有所变化,单独改变转速并未对喷水推进器内部流动产生较大影响,增加转速使得推进器内部流动趋于稳定;流体流经次级叶轮后,速度与压力分布具有规律性,推进器航速及喷泵转速均不会对其产生较大影响.【期刊名称】《江苏科技大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2017(031)005【总页数】7页(P605-611)【关键词】喷水推进器;航速;转速;全流道;内部流动【作者】王雪豹;潘中永;朱嘉炜【作者单位】江苏大学国家水泵工程中心,镇江212013;江苏大学国家水泵工程中心,镇江212013;江苏大学国家水泵工程中心,镇江212013【正文语种】中文【中图分类】O35喷水推进是一种特殊的船舶推进方式,依靠推进泵喷出水流的反作用力驱动船舶前进[1-2]．与传统的螺旋桨推进相比,喷水推进器具有效率高、空化性能好、噪声小、变工况能力强等优点,被广泛应用于新型船舶系统中．对于喷水推进器内部流动的分析,文献[3]基于包含体积力在内的VOF自由表面模型,应用RANS求解器对喷水推进器流场进行计算,揭示了低速范围影响推力减额系数的因素．文献[4]对设计转速工况和自航工况时叶轮进出口以及导叶出口处压力脉动的时域与频域特性进行分析,发现在叶轮进口处有最大的压力脉动．文献[5] 发现URANS模型可以准确模拟喷水推进器性能,同时航行速度会导致进水流道效率降低．由于进水流道影响了流场均匀性[6-8],导致推进器后续流动受到很大影响,因此对叶轮、导叶以及喷口处的流动进行分析．文中以对旋轴流式喷水推进器为研究对象,采用RANS方程与SST湍流模型,对喷水推进器进行相同转速不同航速及相同航速不同转速下的数值计算．研究不同条件下首级叶轮进口、叶轮轴向间隙、次级叶轮出口以及喷口处的压力与速度分布,进而分析转速与航速对喷水推进器内部流动特性的影响．相较于普通轴流泵,对旋轴流泵具有运行工况范围大、运行高校区宽、空化性能好等特点[9-10]．作为喷水推进器的主部件，该对旋轴流泵的主要参数为:设计流量Q=0.35 m3/s,首级叶轮扬程为Hf=3 m,次级叶轮扬程为Hr=7.5 m．对旋轴流泵次级叶轮的比转速为ns=600,首级叶轮和次级叶轮转速为:nf=nr=1 450r/min．首级叶轮叶片数为5,次级叶轮叶片数为4,导叶叶片数为7，结构如图1．考虑到喷水推进器进流受到航速以及船底边界层等影响,在确定计算域时应选取喷水推进器内部过流区域及进水流道下方的流体作为流场控制体．综合考虑数值计算精度以及计算成本,控制体的长、宽、高分别为推进器叶轮进口直径的30倍、10倍、8倍[8]．图2为喷水推进器与流场控制体共同组成的数值计算域．2.1 网格划分使用ICEM CFD软件对几何模型进行网格划分,由于泵段部分结构复杂,对两级叶轮与导叶进行结构化网格划分,并对流动变化剧烈的区域(如进口唇部)进行网格加密以满足壁面函数要求,保证y+值为3～300．经网格无关性检验,发现当网格数在290万以上时,在转速nf=nr=1 450 r/min、航速U=0的条件下,出口流量与推力变化幅度较小,基本趋于稳定．考虑到计算精度和计算时长,最终确定网格数为2 929 340,网格无关性检验如表1．2.2 湍流方程采用雷诺时均法,引入SST湍流模型封闭RANS方程,该方程在近壁面采用原始的k-ε模型,在远壁面使用k-ω模型[11-12]，其计算公式为:式中：μt为湍流粘性系数;k为湍动能;ω为特定耗散率．k方程和ω方程如下:式中：σk,σω和uj分别为湍动能k,湍流频率ω的普朗特数和黏性系数．2.3 边界条件与参数设置在对喷水推进器数值计算前,需要对推进泵单独进行模拟,确定其性能并绘制性能曲线．模拟时,进口条件设置为总压进口,质量流量出口,通过调节出口流量计算不同工况下的结果．在进行喷水推进器全流域数值计算时，将船底上游来流面设置为速度进口,考虑到船底边界层的影响,采用wieghardt公式[13-14]计算边界层厚度：式中：雷诺数Re=Ux/ν，x为距船首的距离,ν为水的运动粘性系数．将推进器喷口与船底流场下游设为压力出口,数值近似于环境压力．首级叶轮与进水管之间,首次级叶轮与中间轴向间隙之间,次级叶轮与导叶之间的动静交界面设为Frozen Rotor,叶轮形成的壁面设为旋转边界,其余壁面采用无滑移边界．在CFX14.5软件中采用有限体积法对方程组进行离散,对流项采用二阶高分辨率格式,其他项采用二阶中心差分格式,将扩散项用形函数表示,分析类型为稳态,收敛精度设置为10-5．3.1 对旋轴流式喷水推进器性能分析对对旋轴流式喷水推进器进行不同转速及航速下的数值模拟,得到出口流量、推力随着转速与进流速度变化的关系，如图3和表2．其中knot为速度单位,1knot=1.852 km/h．在叶轮转速固定时,出口流量随着航速的增加逐渐变大,推力随着航速的增加逐渐减小.喷水推进器推力方程:式中：vj为推进器喷口处速度,v0为进流速度,α为伴流系数．式(5)表明在泵转速一定时,随着航速v0的增加,进流速度αv0也随之增加,由于vj 变化幅度较小,推力T逐渐减小．图3中在两级叶轮转速大小均为1 450 r/min的情况下,在航速为40 knot时推进器已经无法提供推力．在实际运行时,若需要提供额外的推力,则需增加转速．显然,航速的增加使得推进器的内部流场发生变化．3.2 固定转速,不同航速下流动分析为分析不同航速下喷水推进器内部流动状态,在首级叶轮进水口处、首次级叶轮间隙、次级叶轮出口及喷嘴处取4个截面(图4)．观察航速分别为0、20、30、40 knot时,截面1、2、3、4的速度分布(图5～8),以及截面1、2、3的压力分布(图9～11)，其中截面4喷口处压力为环境压力．由图5可以看出,随着航速的增加,截面处流体的流动速度也随之增加,截面1处最大速度从7m/s增加到13 m/s．除航速为0时,断面上速度分布均为下高上低,速度分布规律基本相同．这是由于受到进水流速影响,弯管进流导致顶部流线曲率较大,与底部有较大差异,产生惯性力差异从而出现流动分离．由图6可以看出,在航速为0和20 knot时,首级叶轮进口处截面速度分布较为均匀,出现5个高速区,与首级叶轮叶片数相同．但在航速为30 knot以及40 knot时,截面2处的速度有较大不均匀度,速度分布与截面1基本相同,但速度差异性减弱,说明截面2受到截面1处流动传递性影响．图7中,不同航速下截面3处流动规律性明显,不同航速下均出现了4个高速区,与次级叶轮叶片数相同．高速区与低速区分布基本相同,仅在数值上略有变化．图8为不同航速下喷口处速度流线图,表明流体在流经导叶后,速度分布已经较为均匀,流动趋于平稳．图5～8表明:首级叶轮进出口处流动受航速影响较大,且航速越高,流动越紊乱．而流经次级叶轮后流动状态基本相同,航速对次级叶轮及导叶附近区域流动影响有限．由图9可以看出,除航速为0时,截面1上高压区均出现在底部,表明水流在进入首级叶轮之前已经发生流动分离．在有航速时,截面1的低压区均位于轴上方,说明此处流体具有较大的绝对速度．结合图5中截面1的速度云图,可以认为此处流体具有较大的径向速度以及较小的轴向速度,即有旋涡产生．图10中不同航速下截面2压力分布并无明显规律性．除航速为0时,截面2处流动均较为混乱,压力梯度不均匀,在底部出现低压区,但不同航速下压力分布基本相同,说明在喷水推进器运行时,此处流场随航速变化较小．将图10与图6结合发现,截面2处底部流速相对较大,顶部不再出现低压区,说明此处流动已经没有明显的旋涡,即来流流经首级叶轮后,径向速度减小,而轴向速度增加．图11表明截面3处的压力分布已经较为均匀,不同航速下高压区与低压区较为分明,存在数值上的差异．出现4个明显的低压区,与次级叶轮的叶片数相同．结合图7与图11发现，流体流经次级叶轮后流动状态基本相同,航速并未对叶轮及导叶处流动产生较大影响．但在首级叶轮前后,流动较为紊乱．为定量分析进水管内流动状态,引入速度不均匀度系数式中：Q为截面的体积流量;u为各单元dA上的速度为截面平均速度．ξ的大小对应着流动的不均匀性,ξ越大,速度就越不均匀,反之则越均匀．图12表明：首级叶轮进口处速度不均匀性总体随着航速的增加而增加.3.3 固定航速,不同转速下流动分析为分析转速对喷水推进器内部流动的影响,表2中,在航速为40 knot时,低转速已经无法提供推力,同时考虑到无航速时流动的特殊性．对航速为40 knot时喷水推进器不同转速下内部流动进行分析，见图13～16,其中首级叶轮与次级叶轮转速相同,旋向相反．图13(a)中,速度分布呈现上低下高的分布规律,表明在低转速下,经进水流道后的不均匀进流使得推进器内流动变得不均匀．图13(b、c、d)表明:随着转速的增加,靠近首级叶轮进口处流动变得均匀,在高转速下截面上半部开始出现高速区域,各部分速度分布开始趋于均匀．图14中截面2速度分布变化规律与首级叶轮进口处基本相同:随着转速的增加,截面2即两级叶轮间隙处速度分布趋于均匀．相较于首级叶轮进口处,此处流体经首级叶轮做功后,流动不均匀度减少,高速区与低速区差别相较截面1较小．图15表明:当航速一定时,流体经两级叶轮做功后,流动较为有序，速度分布规律与均匀进流下喷水推进泵内速度分布基本一致．图16中,流体经导叶整流后,基本以匀速流出. 图17中,各截面处速度不均匀度系数随着转速的增加逐渐减小,表明在航速一定时,增加转速使得喷水推进器内流动变得均匀．此外,在航速及转速一定时,从首级叶轮进口到喷口,推进器内流动不均匀性逐渐降低,流体经两级叶轮做功以及导叶整流后,进水流道导致的非均匀进流得到抑制．文中对对旋轴流式喷水推进器进行了在相同转速不同航速、相同航速不同转速下的数值模拟,并获得首级叶轮进口、首次级叶轮间隙、次级叶轮出口以及喷口处速度与压力分布,进行了对比分析,结果表明:(1) 在转速相同时,航行速度对喷水推进器内部尤其是首级叶轮前后的流动产生显著影响．不同航速下首级叶轮前后流动差别较大．(2) 在航速相同时,转速对喷水推进器内部流动影响有限,对流道内速度与压力分布影响较小．在高转速下,推进器内部流动趋于稳定．(3) 流体流经次级叶轮后,流动趋于稳定,航速与转速只对数值大小有影响,速度及压力分布规律较为一致．经过两级叶轮做功后，不均匀进流得到抑制，航速与转速的变化对此处速度与压力分布影响较小．*通信作者：潘中永(1973-)男，副研究员，博士, 研究方向为流体机械及工程研究.E-mail：***********.cn【相关文献】[ 1 ] 金平仲. 船舶喷水推进[M]. 北京:国防工业出版社, 1986.[ 2 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喷水推进轴流泵水力设计及性能仿真的开题报告

喷水推进轴流泵水力设计及性能仿真的开题报告1.研究目的本研究旨在探索喷水推进轴流泵的水力设计及性能仿真，通过对喷水推进轴流泵的构造、特点以及工作原理的分析，设计出一种性能更加优越的喷水推进轴流泵，并通过数值模拟的方法，对其性能进行仿真测试，为实际生产应用提供参考。

2.研究内容2.1 喷水推进轴流泵构造与特点分析对现有喷水推进轴流泵的构造和特点进行分析，掌握喷水推进轴流泵的基本结构和工作原理，为进一步设计和优化喷水推进轴流泵提供依据。

2.2 喷水推进轴流泵水力设计根据已有的理论知识和实验数据，进行喷水推进轴流泵水力设计，确定合适的轴流泵叶片型号、叶片角度、流道截面形状等参数，保证喷水推进轴流泵的性能指标达到预期要求。

2.3 数值模拟与性能仿真将设计好的喷水推进轴流泵模型导入数值模拟软件，建立数值仿真模型，对喷水推进轴流泵的流体力学性能、能效等方面进行仿真测试，并结合实际测试数据进行比对，评估喷水推进轴流泵的性能优劣。

3.预期成果本研究将设计出一种性能更加优越的喷水推进轴流泵，并对其进行有效的数值模拟和性能仿真测试，评估喷水推进轴流泵的性能指标，并提出优化方案。

预期成果包括：3.1 喷水推进轴流泵设计方案设计出一种性能更加优越的喷水推进轴流泵，提出相应的设计方案。

3.2 数值模拟与性能仿真报告通过数值模拟和性能仿真，评估喷水推进轴流泵的各项性能指标，包括流量、扬程、效率等，并提出优化建议。

3.3 学术论文撰写一篇学术论文，介绍喷水推进轴流泵的水力设计及性能仿真的研究过程和结果，并对喷水推进轴流泵的发展趋势进行分析和探讨。

4.可行性分析本研究的可行性如下：4.1 研究工具和设备本研究所需的研究工具和设备为：计算机、数值模拟软件、流量计、压力计等实验设备。

4.2 研究方法和流程本研究采用实验和仿真相结合的方法，首先进行喷水推进轴流泵的构造和特点分析，然后根据已有的理论知识和实验数据进行水力设计，最后将设计好的喷水推进轴流泵模型导入数值模拟软件，建立数值仿真模型，对喷水推进轴流泵的流体力学性能、能效等方面进行仿真测试，并结合实际测试数据进行比对，评估喷水推进轴流泵的性能优劣。

轴流泵流场数值模拟及优化设计研究

轴流泵流场数值模拟及优化设计研究轴流泵是一种常见的离心泵，广泛应用于工业、农业、民用等领域。

随着科技的不断进步，流场数值模拟技术得到了广泛的应用，可以在设计阶段就对轴流泵进行流场数值模拟，优化设计，提高轴流泵的效率和可靠性。

流场数值模拟的基本原理是通过数学模型和计算机模拟，模拟流体在轴流泵内部的流动情况。

在进行流场数值模拟前，需要先建立包括轴流泵体积、叶轮和流道等元素的三维模型。

然后，需要选择合适数学模型以描述流体在轴流泵内的流动。

当然，还需要进行网格划分，将轴流泵内部划分成无数的小单元，从而实现流体在空间内的无限分割。

最后，利用计算机求解数学模型，得到轴流泵内部的流场分布情况，实现优化设计。

目前，轴流泵的流场数值模拟主要采用的计算方法是有限元方法和有限体积法。

有限元方法强调的是通过离散化来建立轴流泵内部流场的数学模型，这种方法非常适合处理复杂的泵型结构，对计算的精度和计算时间都有一定的保证。

而有限体积法则是将轴流泵体积划分为小的控制体积，将运动物体体积积分过程转化为控制体积上的通量积分，从而将运动物体的微积分方程转化为普通方程，大大简化了问题，同时提高了计算效率。

在进行轴流泵的流场数值模拟时，需要特别注意以下几点：一、对轴流泵的每个元素进行较为准确的建模，包括叶轮、流道和各种管路;二、对流体在轴流泵内的流动进行模拟，包括速度、压力、湍流、稳态和非稳态等因素;三、进行合理的边界条件设定，如出口压力、进口流量等等。

通过流场数值模拟，可以对轴流泵的设计进行优化。

在模拟中，可以调整不同的设计参数，如叶片数目、叶片厚度、叶片攻角、流道倾斜度和进出口口径等，来找到最合适的设计方案。

此外，模拟的结果还可以为轴流泵的实际生产提供指导，如可以检测流量、速度和压力等参数是否达到预期要求，在实际生产过程中对轴流泵进行调整。

为了更好地使用流场数值模拟技术，需要加强计算机模拟软件的开发和改进，提高计算机软件和硬件的性能，同时也需要加强对流场数值模拟理论的深入研究，以获得更好的计算效果和优化设计结果。

转速变化对离心泵性能影响的数值模拟

ｔｅａｅａｅｅｕｔｎ，ｓａｄｒｅｔｒｕｅｃｄｎｈＩＰＬｉ－ｖｒｇｑａｉｍｏｔｎａｄｕｂｌｎｅｍｏｅａｄｔｅＳＭＥＣｌｏｉｍｒｓｄｔｉｕａｅａｇｒｔｈｗｅｅｕｅｏｓｍｌｔｉｈｅ－ｉｅｓｏａｕｌｌｗａｓｇｆｉｉｉｒｗｏｋｎｏｎｒｕｓｕｄｒ８ｒｔｔｎｌｐｅｓＡｃｔｔｒｅｄｍｎｉｎｌｌｆｏｐｓａｅｏｓ５ｓｍｌｒｉｇｐｉｔｏｐｎｅｏａｉａｅｄ．ｓｆ — ｔａｇｏｓ — ｃｒｉｇｔｈｉｕａｉｎｒｓｌｓｈｈｎｅｏｔｒａｌｗｉｌｔｉｉｒｗｏｋｎｏｎｓｏｈｕｐｏｄｎｏｔｅｓｍｌｔｏｅｕｔ，ｔｅｃａｇｆｉｅｎｌｏｆｅｄｗｉｈｓｍｌｒｉｇｐｉｔｆｔｅｐｍｎｆａ
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Ａｂｔａｔ０５ｏｂｅｓｃｉｎｃｎｒｕａｕｓｈｓｎａｈｅｅｒｈｏｊｃａｄｔｅＲｙｏｄｓｒｃ：Ａ１０Ｓ６ｄｕｌｕｔｅｔｉｇｌｍｐｗａｏｅｓｅｓａｃｂｔｎｈｅｎｌｓ２ｏｆｐｃｔｒｅ
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用数值模拟研究叶片数变化对轴流泵性能的影响

轴流泵设计水平具有有益的参考价值。
差分格式中，为了提高求解精度，差分格式在中，压力项采用二阶中心差分格式，速度项、紊动
能项和紊粘系数项均采用二阶迎风差分格式。求解
２计算模型及边界条件
２１控制方程．
过程中各迭代松弛系数分别为：压力项为０３速．，度项为０７紊动能项和紊粘系数项为ｌ．，。
２３边界条件．
假设转轮转速一定，由Ｂｕｓｅｑ涡粘性假设ｏｓｎｓｉ
喷水推进器为水平放置，为了减小在计算过程中因计算域进口与出口位置对叶轮内部流场的影响，本文计算域的进口与出口适当向外作了延伸。
率为叶轮产生的有效功率与计算轴功率之比。
渐增加，其中效率的变化较缓，一般在１％左右。可
见，叶片数的变化对轴流泵效率影响不大。该结论与文献［］２中的实验结果相符。２轴流泵的叶片数从３片变化到８片的过程）
以预测泵的扬程。进口的总能量以进口处的总压表示；口处的总能量以出口处的总压出表
宣毒

示。预测的扬程按下式计算：
：
Ｐｇ
一
Ｐｇ
＋△
式中ｐ水的密度一
０２．１０．１３０．４１０５．１０６ｌ０．１７
化对轴流泵性能的影响。由于只改变叶片数，反映的是叶栅稠密度Ｉｔ／的变化，故其它参数均保持不变。为了便于比较，算过程中，叶保持不变（计导导叶为７片）。直径为２０ｍｍ，速ｎ＝１５／ｉ，０转４０ｒｍｎ

不同转速和不同水平风速对离心式喷头喷雾漂移的影响

不同转速和不同水平风速对离心式喷头喷雾漂移的影响离心式喷头是一种常用的农业喷洒设备，它通过旋转喷嘴产生高速喷流，将药液均匀喷洒在农田作物上，以达到防治病虫害、促进作物生长的目的。

然而，在实际使用过程中，离心式喷头的喷雾漂移问题一直存在，严重影响着喷药效果和环境保护。

因此，研究不同转速和不同水平风速对离心式喷头喷雾漂移的影响具有重要的理论和实践意义。

首先，转速是影响离心式喷头喷雾性能的重要参数之一、转速的大小直接影响喷雾粒径的大小和分布，从而影响了喷雾液滴的运动轨迹和喷雾覆盖范围。

一般来说，转速越高，产生的喷流速度和压力就越大，细小的喷雾液滴也会更容易散播到较远的距离，进而增加了漂移的可能性。

因此，适当控制离心式喷头的转速是减少喷雾漂移的有效途径之一其次，水平风速对离心式喷头的影响也非常显著。

在作物喷洒过程中，周围的气流会影响喷雾液滴的飘移方向和速度。

当水平风速较大时，会使得喷雾液滴受到较大的风力作用，从而导致喷雾漂移现象加剧。

因此，在选择喷洒条件时，需要合理评估周围的环境气流情况，避免在大风天气条件下进行喷洒，以减少漂移风险。

针对以上问题，可以采取以下几种措施来降低离心式喷头的喷雾漂移：1.合理选择转速：在实际喷洒作业中，可以根据作物种植密度、行间距和风速等因素合理选择离心式喷头的转速。

通常情况下，转速不宜过高，以避免喷雾液滴飘移过大。

2.控制水平风速：若环境中存在较大水平风速，则可以通过喷洒时机合理调整，避免在风速较大的情况下进行作业。

在必要时也可以考虑设置障碍物或围挡来减小风速对喷雾的影响。

3.提高喷洒技术水平：喷洒人员需要具备一定的专业技能和经验，能够根据实际情况合理调节喷头角度、喷洒高度和流量大小，确保喷雾均匀而稳定。

总之，不同转速和不同水平风速对离心式喷头喷雾漂移的影响是相互关联的，需要综合考虑多种因素进行控制。

通过科学合理的喷洒管理和技术调控，可以有效减少喷雾漂移问题，提高喷洒效果，保护环境和作物安全。

喷水推进轴流泵的自动建模与数值模拟

ａｄｔｅｒｆｒｎｅｆｒｔｅｄｓｇｎｍｐｏｅｎｆｔｒｅｘａｏｕｓｐｏｉｅ．ｎｈｅｅｅｃｏｈｅｉｎａｄｉｒｖｍｅｔｏｅｔａｉｌｗｐｍｐｉｒｖｄｄｗａｊｌｆ
韩小林，石岩峰，郑晶晶
（总装备部车船装备论证试验研究所，苏南京２０２）江１０８
摘要：作为喷水推进器的核心部件，轴流泵具有推进效率高、空化（蚀）抗汽能力强、噪声低等优点。为实
现喷水推进轴流泵的三维模型自动生成，ＦＲＲＮ为编程语言，成了轴流泵叶轮的参数化自动建模。本文运用以ＯＴＡ完计算流体动力学ＣＤ软件 — — ＦｕＮＦＬＥＴ基于雷诺 Ⅳ 一ｓ方程和标准ｋ— ｓ紊流模型及ＳＭＰＥ算法对该泵内部流场及ＩＬ
ｐｍｐ，ｈｅｉｅｌｒｏｘａｏｐｕｔｍｐｌｅｆａｉｌｆｗｕｍｐｗａｄｌｄａｔｍａｉａｌｙｕｉｇＦＯＲＴＲＡＮｓｐｒｇａｍｉｇｌｎｌｓｍｏｅｅｕｏｔｃｌｙｂｓｎａｏｒｍｎａ — ｇａｅＴｈｒｉｌｓｄｔｅｃｍｐｔｔｏａｕｄｄｎａｉｓＣＦＤｏｔｒ — ＵＥＮＴｏｓｉｕａｅｔｅｉｎｅｏｕｇ．ｅａｔｅｕｅｈｏｕａｉｎｌｆｉｙｍｃｃｌｓｆｗａｅＦＬｔｔｍｌｔｈｎｒｆｗｌｉｄａｒｒｎｅｏｈｍｐｉｈｙｏｈｒｅｄｍｅｓｏｌｎｍｅｉａｔｏｉｈｉａｅｎｔｅｆｌｎｄｐｅｏｍａｃｆｔｅｐｕｎｔｅｗａｆｔｅ — ｉｎｉｎａｕｒｃｌｍｅｈｄｗｈｃｓｂｓｄｏｈｅｆｍｅｎＮａｉｒＳｏｓｅｕｔｎｔｔｎｄｒｋ一ａｖｅ — ｔｋｅｑａｉｓ，ｈｅｓａａｄｏｔｂｌｎｅｕｒｕｅｃｍｏｅｎＩＰＬａｇｒｔｍ．ｎｆｏｄ１ａｄＳＭＥｌｏｉｈａｄｒｍｔｅｈ

空间导叶几何参数对螺旋混流式喷水推进泵性能的影响

空间导叶几何参数对螺旋混流式喷水推进泵性能的影响舰艇动力系统是各个海洋强国研究的重中之重。

近些年,喷水推进泵的研究和应用取得了长足的发展。

本文分析了当前世界各国对喷水推进泵的研究现状,设计了一种新型的喷水推进泵—螺旋混流式喷水推进泵。

基于已有的潜航器模型,通过数值计算得出无限流域下潜航器在推进速度v=2m/s时的阻力,并根据已有的喷水推进理论确定了喷水推进泵的流量和扬程。

然后,参照螺旋离心泵的设计方法进行了喷水推进泵的水力设计。

选取RNG k-ε湍流模型,对喷水推进泵的性能进行了验证。

随后,针对空间导叶水力损失较大的问题,研究导叶几何参数包括导叶叶片数、叶片进口安放角、叶片包角对螺旋混流式喷水推进泵性能和内部流动的影响,在此基础上得到水力性能最好的空间导叶的几何参数范围。

相关的结论如下:1)泵外特性、内流及压力脉动分析所设计的推进泵满足要求,但0.5Q时,输入功率较大是因为叶轮流道内流体对叶轮壁面的碰撞导致扭矩增大;导叶流道内的流动随流量增大趋于均匀;设计工况下,推进泵流道内各个监测点压力脉动主频均在一倍叶频处;沿导叶流道压力脉动幅值先减小后增大。

2)导叶叶片数对推进泵性能的影响导叶和喷管流域的总水力损失和叶片数呈负相关;导叶叶片数大于5时,推进泵外特性不再发生变化;叶片数为9时,叶片出口处环量的绝对值最小,导叶整流效果最好。

3)导叶进口安放角对推进泵性能的影响导叶叶片进口安放角对内部流动影响显著。

随着进口安放角的增大,叶轮和导叶交接处漩涡区面积增大;湍动能较高的区域先增大后减小,且位置由叶片进口处背面逐渐向导叶叶片出口迁移。

进口安放角为25°和40°时导叶出口环量绝对值最小,整流效果最好;进口安放角为30°-35°时,导叶和喷管流域水力损失最小;进口安放角为35°时,动静交接处、导叶进口监测点压力脉动幅值最小。

4)导叶叶片包角对推进泵性能的影响推进泵扬程和效率与包角呈正相关;导叶、喷管流域的水力损失和包角呈负相关。

基于数值试验的喷水推进轴流泵的一体化设计

基于数值试验的喷水推进轴流泵的一体化设计
靳栓宝，王永生，杨琼方
（海军工程大学船舶与动力学量、转速和扬程的设计指标下，综合分析和选取决定叶轮水动力性能的主要几何参数，采用
升力法进行喷水推进轴流泵叶轮的水力设计。然后运用ＣＤ方法对所设计轴流泵在设计点水动力性能进行Ｆ数值模拟，计算结果表明：水力效率和扬程均满足设计要求。此基础上计算得到了泵的扬程．该流量、功率
０引言
基于性能参数的喷水推进轴流泵一体化设计，能同时满足效率、叶片强度、空化性能以及振动与
辐射噪声的要求，对于泵行业来说，始终是一个不懈追求的目标。传统的以经验系数为主导、以泵模型试验校验水力性能为核心和以效率为主要设计目标的设计体系难以满足上述要求。随着ＣＤ、ＣＥＡＡ技术在工程应用中的不断深入，Ｆ数值试验” ＣＤ“ 技术在泵设计与性能分析中的作用日趋显著【。ｌｉｎ１Ａｌｓ】ｉｏ等回顾了喷水推进泵的各类设计方法，包括早期的１理论、２理论和近期发展起来的３理论，以ＤＤＤ
安放角，按下式确定的轴面速度，实践证明效果最好【Ｖ（０～．）ｎ钔：ｍ；０６ｏ８Ｑ２，则．ｏ￣
Ｄ２／ｍ－ｈ）／，中Ｄ为轮直，为容效。流的积率般４（［ＤＤ］其，ｈ泵毂径泵积率轴泵容效一为￣ｎ１／ｒＱＶ（２ｖ）
本文以轴流泵常用的工程设计方法（力法）与数值试验相结合对轴流泵进行一体化设计。在给升定流量、扬程和转速三个性能参数后，基于升力法确定叶轮各截面参数。叶轮主要参数如叶轮直径、轮毂比、叶片数、叶栅稠度以及叶截面最大厚度等通过泵的相似性及经验图谱确定。在确定出叶轮外

喷水推进器进水流道流动性能的数值分析

喷水推进器进水流道流动性能的数值分析喷水推进器是一种能够将水流动能转化为推力的装置，广泛应用于航空、航海、工业等领域。

其中进水流道流动性能对于整个喷水推进器的性能影响较大。

本文将对喷水推进器进水流道流动性能进行数值分析。

一、数值模型建立在进行数值模拟前，首先需要建立数值模型。

本文选取三维模型，采用ANSYS Fluent软件建模。

进水流道采用螺旋式进水流道，进水流道的长度为100mm，截面为圆形，直径为40mm。

二、数值模拟方法本文采用计算流体力学（CFD）方法进行数值模拟。

其中，流体选用水，将水作为不可压缩流体进行模拟，进一步的，将水作为双物种流体模拟，其中水为其中一种，加入气体（如空气）为第二种物质，进一步模拟空化现象发生时对进水流道流动性能的影响。

三、数值分析结果1. 进水流道水流速度分布分析进水流道中水的流速分布情况，可以看出在进水流道的入口处水的流速较小，大约为0.5m/s左右，然后逐渐增加，经过喷嘴后流速急剧增加，此处流速可达到50m/s左右。

在进水流道中，有一段增速区，在这一区域内，由于进水流道的设计，从而使水的流速得到增加。

2. 进水流道流量分析考虑到实际工程应用中，需要将水的流量控制在一定范围之内。

本文在数值模拟中，输入了不同的进水流量，分别进行数值模拟，得出了不同进水流量下喷水推进器的流量变化情况。

在数值模拟结果中，当进水流量为6m³/h时，出水口流量最大，为3.65m³/h。

3. 进水流道压力变化情况在进水流道中，由于水一般都是从自然状态下进入的，因此需要产生一定的压力使水进入流道中。

同时，在喷嘴处也需要一定的压力才能将水喷出。

本文根据数值模拟结果分析得出，在进水流道入口处，水的压力一般在0.1~0.15MPa左右。

而在喷嘴处，水的压力则较大，可以达到1~2MPa。

4. 进水流道中的流场结构本文通过对数值模拟结果的分析，发现进水流道中会形成旋涡结构。

流场的结构会随着进水流量的大小、进水流道的形状等因素而发生变化。

轴流泵内部流动数值模拟研究

轴流泵内部流动数值模拟研究轴流泵是一种常见的离心泵，广泛应用于工业、农业、建筑和航空航天等领域。

由于其流量大、功率因数高、压力稳定等优点，它被广泛应用于水处理、输油输气、船舶运输等行业。

在轴流泵的工作过程中，内部流动状态的分析对设计者具有重要意义。

数值模拟技术是现代流体力学的重要方法之一，可以帮助设计师分析轴流泵内部流动状态。

一、轴流泵的原理轴流泵是一种离心泵，通过离心力将液体进行压缩和流动。

轴流泵的主要组成部分包括叶轮、泵体、轴、轴承和密封装置。

液体通过进口进入泵体，由叶轮通过旋转产生离心力，压缩了液体并将其排出。

叶轮的设计和数量决定了轴流泵的流量和压力。

轴流泵的特点是流量大、功率因数高、压力稳定等。

二、轴流泵内部流动数值模拟方法轴流泵内部流动是非常复杂的，它包括旋转部件的旋转流动和静止部件的边界层流动。

数值模拟是分析轴流泵内部流动状态的重要方法之一，可以帮助设计师更好地了解流动情况。

数值模拟的具体步骤包括几何建模、网格划分、求解和后处理。

1.几何建模建立轴流泵几何模型是进行数值模拟的第一步。

通过CAD软件，可以将轴流泵的几何特征绘制出来。

在建立几何模型时，需要注意以下几点：（1）将轴流泵的各部分分开建模，使得每个部分的网格数量尽量相等。

（2）注意轴流泵的各个部分的位置和尺寸关系，以保证几何模型的准确性。

（3）将几何模型导出为STL格式，以便进行网格划分。

2.网格划分网格划分是进行数值模拟的重要步骤。

在轴流泵的数值模拟中，网格划分的目的是将流动域分成有限数量的网格。

网格划分的精度和密度对数值模拟的精度和效率有很大的影响。

常用的网格划分方法有结构化网格划分和非结构化网格划分。

在轴流泵内部流动的数值模拟中，结构化网格划分常用于叶轮和导叶，而非结构化网格划分常用于轴和泵体。

3.求解求解是数值模拟的核心环节。

通过计算流体的质量、动量和能量方程，可以模拟轴流泵内部流动的状态。

常用的计算方法包括有限体积法、有限元法、边界元法等。

水泵水轮机的流场模拟及性能分析

水泵水轮机的流场模拟及性能分析水泵与水轮机是工程中常使用的流体机械设备，其流场模拟与性能分析对于设计优化、性能改进以及故障排查等方面具有重要意义。

以下将对水泵与水轮机的流场模拟及性能分析进行详细介绍。

一、水泵的流场模拟及性能分析：水泵是一种将机械能转换为液体能量的装置，广泛应用于工农业生产中的输送、加压、供水等方面。

其流场模拟及性能分析主要包括以下几个方面：1.流场模拟：使用计算流体力学（CFD）方法，通过对水泵内部流体流动状态进行数值模拟，解决了传统试验方法难以测量内部流场的问题。

通过三维流场模拟，可以获取水泵内部的速度、压力等参数分布情况。

2.性能分析：通过流场模拟所得到的参数，可以计算水泵的流量、扬程、效率等性能指标。

同时，通过比较不同工况下的流场分布，找出并改进水泵的设计缺陷，提高其性能指标。

二、水轮机的流场模拟及性能分析：水轮机是一种将水流的动能转化为机械能的设备，广泛应用于水电站中的水力发电。

与水泵类似，水轮机的流场模拟及性能分析也可以采用CFD方法进行。

具体包括以下方面：1.流场模拟：通过数值模拟水轮机内部的水流分布情况，获取叶轮进口、出口处的速度、压力等参数。

同时，还可模拟叶轮叶片上的水流流动状态，了解各个叶片的受力情况。

2.性能分析：通过流场模拟所得到的参数，可以计算水轮机的功率、效率等性能指标。

同时，还可以通过比较不同工况下的流场分布，找出并改进水轮机的设计缺陷，提高其性能指标。

综上所述，水泵水轮机的流场模拟及性能分析对于设计优化、性能改进以及故障排查具有重要意义。

通过流场模拟，可以获取设备内部流动状态的具体参数分布情况；通过性能分析，可以计算出设备的性能指标，并提出改进方案。

因此，流场模拟与性能分析是提高水泵水轮机性能的重要手段之一，对于工程设计与实际运行具有重要意义。

125SⅡ型喷水推进泵水动力性能的CFD预报研究

ｎｔｎｗｔＦｎｌｓｎｘｅｉｎａａａｉａｉ．ｈａｉｕｅｆｒｎｅｆ１５ＩｗｔｒｊｔａｉｉＣＤａａｙｉａｄｅｐｒｏｈｓｍｅｔｌｄｔｖｌｔｎＴｅｖｒｓｐｒｍａｃｓｏＳ１ａｅ－ｅａｄｏｏｏ２
ｔｅｐｍｐｗｅｅｏｔｉｅｙＣＦＤｎｌｓｓｈｅｅｒｈｓｏｉｈｉｈｔｅｆａｉｉｉｆｄｒｖｎｔｅｈｕｒｂａｎｄｂａａｙｉ．Ｔｅｒｓａｃｉｈｇｌｇｔｈｅｓｂｌｙｏｅｉｉｇｈｔｔ１５Ｉｇｏｔｄｌｆｏｔｅ７ＩｄｌａｏｒｐｄｐｅｉｔｎｏｅｄｓｇｎｔｅｃｎｅｔａｅＳＩｅｍｅｒｍｏｅｒｍｈＳＩｍｏｅｓｔａｉｒｄｃｉｆｎｗｅｉｎｉｈｏｃｐｕｌｄ — ２ｙ１ｏ
ａｔｐｆｓｉｙｅｏｈｐ，ｂｓｄｏｈａｅｉｌｐｏｕｔｆ７１ＩｐｍｐｂｈｉｌｒｔｅｓｒａｒｄｃｓｏＳＩｕｙｔｅＳｍｉｉＴｈｏｙａｄｉｏｉａｙ
ｂＤｎｌｓｓｙＣＦＡａｙｉ
ＮｅＰｉｌＷａｇＹｎ－ｈｎＬａｇｉｅ－￣ｊｎｎｏｇｓｅｇｉｎＸｉ
ＣｌｇｆＮａａｃｉｃｕｅａｄＰｗｅ，ＮａａｉｅｓｔｆＥｎｉｅｒｎｏｌｅｏｖｌＡｒｈｔｔｒｎｏｒｅｅｖｌＵｎｖｒｉｙｏｇｎｅｉｇ，Ｗｕａ３０３，Ｃｈｎｈｎ４０３ｉａ

轴流泵内部流动的数值模拟研究

Ｋｅｒｓａｉｌｐｍｐｎｅｎｌｆｗ；ｓｌｔｎｙｗｏｄ：ｘａｕ；ｉｔｒａｌｏｉａｉｍｕｏ
１前言
内流结构的认识和流动理论的发展
。
泵内部流动影响泵的外特性水力性能、学２控制方程与湍流模型力性能、汽蚀性能。虽然外特性试验一直是研究和验证泵设计是否符合内部流动规律的主要方法，由连续性方程、量方程及湍流模型构成控动但由此并不能了解叶轮叶片与流体相互作用所形制方程组。在计算中，用Ｒａｚｂｅ两方程湍流采ｅｌａｌｉ。成的流场结构。内流测试是研究泵内部流动的有模型Ｊ
李龙，王泽
２０９）１０８（河海大学，江苏南京
摘
要：应用三维湍流Ｎｖｒｔｅ方程、ｅｌａｌａｉ．ｏｓｅＳｋＲａｉｂｅ两方程湍流模型、ｚ壁面函数方法及叶轮与导叶间的滑移网格，对轴
流泵段的内部流动进行了数值模拟研究，得到不同流量和不同半径处的叶片表面的压力分布特征，发现叶片背面的压力等值线的形状和分布趋势比较稳定，叶片升力面的压力等值线形状和分布趋势变化较大。关键词：轴流泵；内部流动；数值模拟
维普资讯
１６
ＦＵＤＭＡＣＮＥＬＩＨＩＲＹ
Ｖｏ．５，．２０１３Ｎｏ４，０７
文章编号：１０－－２（０７ｏ—０１—Ｏ０５－３９２０）４０６３－０－－

双涵道喷水推进泵结构及水力性能研究

双涵道喷水推进泵结构及水力性能研究传统方法上,研究者主要采用大功率、大直径、低轴转速的动力装置,来提升喷水推进泵的性能。

但是降低叶轮轴转速,会导致中心流域叶轮上流速较低,做工效率下降。

为了解决此问题,我们设计了一种并联结构的双涵道喷水推进泵。

通过数值模拟方法对双涵道泵水力性能进行初步研究,并为此类推进泵的设计提供参考。

本文的研究内容及最终结果如下:1.确定双涵道泵的结构和叶轮尺寸和最优涵道比。

绘制外泵时应该研究合适的轮毂比,考虑中空对轮毂强度的影响,通过计算抗扭截面模量得到外泵尺寸。

以单泵的计算方法先研究各自的水力特性,确立最优涵道比。

对比不同组的双涵道泵的水力性能,尤其是外泵轮毂比对水力性能的影响。

定义无量纲参数C为单位总进口面积流量增幅,当内外涵道比为0.45时,流量增幅最大,双涵道泵比普通轴流泵推力提升约9%。

单位面积流量随着轮毂比增大,轴流泵在马鞍区到工况点扬程明显较小轴流泵提升更大,效率变化不明显,但是在工况点时扬程下降明显,效率上整体稍有下降。

2.研究喷管形状对水力性能影响。

定义无量纲参数喷管收缩系数,设计三种不同的出口喷管,研究喷管收缩系数对双涵道泵性能的影响,挑选三种类型喷管的最优收缩系数。

3.研究双涵道泵的性能优劣。

对最佳收缩比下的三种不同喷管下的双涵道泵进行数值模拟,进一步更深入仔细得阐述了双涵道泵推进器的各项性能。

其中喷管收缩比为0.4的单喷管双涵道泵拥有较好的水力性能,但是对比普通轴流泵,扬程约低12%,效率约低6%。

结果表明:双涵道喷水推进泵借鉴了航空发动机的结构,推力提升约9%,工况点附近的适应性很强,扬程流量变化平缓,叶轮受力均匀,出口流动稳定。

缺点在于在高效区域较窄,较低工况下适应力有所不足,扬程下降约12%,效率下降约6%。