喷水推进泵分析及研究实例
轴流式喷水推进泵水力设计和性能检验
ｕｅ ｉｐｐｒ ａ ｒｄｃ ａ ｒｔ ｘ ｌ ｏ ｕ ｆ ｉ ｆｃｅｃ ｎ ｕｌｙ ｉ ｎｙｍｎｍ ｌｉｅｌ ｔ ｓｄｉ ｔ ｓ ａｅ ｎｐｏｕｅａ ｔｊ ｉ— ｗｐｍｐｏ ｇ ｅｆｉ ｙａｄｑａｔｗｔ ｏｌ ｉｉａ ｔ ｓ， ｎｈ ｃ ｗ ｅｅａａｆ ｌ ｈｈ ｉ ｎ ｉ ｈ ｍ ｏ
叶采用流线法设计 ） 实现了其水力设计参数的快速选择与计算 ， ， 直接得到 了叶片流面 的空 间坐标 ， 可方便 进行三维几何 造型． 采用计算流体力学 （ Ｆ 方法 ， Ｃ Ｄ） 通过建立计 算域 、 划分高质 量结构化 网格 、 定义 边界条件 、 数值计 算和后 处理 等步
骤详细分析 了所设计轴流式喷水推进泵 内流场分布 ， 并对扬 程 、 等水力性能进 行综合检验 ． 效率 通过 实例详细 阐述 了轴
第３ ２卷第 １ ０期
２１ 年 １ ０１ ０月
哈
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大
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Ｖ０ ＿ ２ Ｎ ． ０ ｌ３ ｏ １
０ｅ ． ０１ ｔ２ １
Ｊｕ ａ ｆ ｒ ｉ ｎ ｉｅ ｒ ｇＵｎｖ ｒｉ ｏ ｒ ｌｏ ｂｎ Ｅ ｇｎ ｅｉ ｉｅｓ ｙ ｎ Ｈａ ｎ ｔ
ｄｉ１ ．９ ９ ｊｉ ｎ １０ ｏ：０ ３ ６／．ｓ ．０６—７４ ．０ ．０ ０３ ｓ ｒｄｃ ｈａ ｎ ｆｃｅｃ ｈ ｒｃ ｒ ｔ ｓｏ ｔｅｐ ｍ ｈｌ ｉ ｔ ｉ ｏ ｅ ａ ｌ － ａ ｓｄｔ ｐｅ ｉ ｅｄａ ｄｅ ｉ ｙｃａａ ｔ ｉ ｉ ｆｈ ｕ ｐｗ ｉ ｓ ｎｅ ｏ ｆ ｗ ｆ ｌ ｗ ｓ ｓ ｉ ｏ ｔ ｉ ｎ ｅ ｓｃ ｅ ｔｉ ｒ ｒ ｌ ｉｄ ａｏｎ
基于CFD喷水推进泵性能分析及其优化设计
确 。叶片 的导 边 和 随边 对 泵 的性 能 影 响较 大 ， 其
几 何处理 是建模 的关 键点也 是难 点 。利 用 ＵＧ草 图的功 能 对 叶片 导边 、 随边做 精 细 处理 ， 边 、 导 随 边 按照设 计 的变化规 律光 滑过渡 。 ２ ２ 网格划 分 ． 采用 全结 构化 网格 划分 ， 于 转 子扭 曲度 较 鉴 大采用 Ｊ 拓 扑 结 构 （ 图 ２ ， 子 扭 曲度 较 小 形 见 ）定 采用 Ｈ 形拓扑 结构 （ 图 ３ 。转 子 和定 子 叶片壁 见 ）
测误差 一般 ５ ［３。印度 Ｋｉ ｏ ｋ ｒＢ ｏｈ ｒ 泵 ２３ － ｒ ｓ ａ ｒｔ ｅｓ ｌ
塞＋ （ ） ） （ 昙［ （ ＋ ］ ２ ＋ ）
— —
式 中 ： —— 体 积力 作用 在 流体上 的压 力 水密 度 ；
— —
业 公 司为准 确预 测 离 心泵 性 能 ， 行 了多 方 案 数 进 值 试验 研究 ， 所得 扬程 一流 量 、 率一 流量 曲线 在 效
ａ 前 置 定 子 ） ｂ ）转 子 ｃ 后 置 定 子 ）
图 １ 喷 水 推 进 泵 几 何 分 解 图
１５ ２
第 ２ 期
船
海
工
程
第 ３ 卷 ９
几何 模 型要 保证 各个部 件之 间 的相 对位 置准
选用 Ｓ Ｔ模 型 ， 求 ，０ 。 １ ０ 计 算 得 Ｓ 要 ２ ≤ 。 ０ ， ≤
第 ３ ９卷
第２ 期
船 海 工 程
Ｓ Ｐ ＆ ＯＣＥＡＮ ＨＩ ＥＮＧＩ ＮＥＥ ＮＧ ＲＩ
Ｖｏ ． ９ Ｎｏ ２ １３ ． Ａｐ ． ０ ０ ｒ ２ １
２１ ０ ０年 ４月
基 于 Ｃ Ｄ 喷水 推 进 泵 性 能 分 析及 其 优 化 设 计 Ｆ
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。
泵喷水推进器分析与设计改进
泵喷水推进器分析与设计改进倪永燕;吴涛涛【摘要】通过CFD仿真技术获取了某快艇原载轴流式泵喷水推进器的性能,并通过经典计算发现原载轴流式喷水推进器的额定流量与快艇阻力特性不匹配,且其扬程远远低于期望值.新的泵喷水推进器主要从两个方面进行了改进:一是通过调整喷嘴出口口径使泵喷水推进器在最优效率点运行时正好符合快艇的阻力特性；二是提高泵喷水推进器的扬程使其满足能量平衡的需求.根据确定的参数设计了新的斜流式泵喷水推进器.通过CFD仿真表明斜流式泵喷水推进器达到了设计指标.试水试验表明配备新的泵喷水推进器后快艇达到了期望的要求.【期刊名称】《船海工程》【年(卷),期】2012(041)005【总页数】4页(P61-63,67)【关键词】泵喷水推进器;CFD仿真;斜流式;轴流式;喷嘴【作者】倪永燕;吴涛涛【作者单位】江苏科技大学船舶与海洋工程学院,江苏镇江212003;江苏大学流体机械工程技术研究中心,江苏镇江212013【正文语种】中文【中图分类】U664.34泵喷水推进器(waterjet propulsion)作为船用推进装置，早期人们认为其应用范围仅限于浅水和小型船舶推进。
但是随着20世纪后期TSL(techno super liner)船、SES(surface effect ship)船、水翼艇以及高速渡轮等高性能船舶为代表的海上输运高速化的发展，泵喷水推进器的适用及需求范围越来越广[1]。
泵喷水推进器的主要优势为通常航速下具有低能耗、高效率、小型化以及船在低速区域运行时具有良好的加速性能(推力性能)和吸入性能。
与一般水力机械的运行相比，泵喷水推进器运行工况范围大、平稳性要求更高[2]。
泵喷水推进器的水力部件见图1。
图1 泵喷水推进器水力结构本文以经典能量转换理论为依据，分析某型快艇原喷水推进器动力不足的原因。
考虑该快艇的阻力特性、动力配备以及安装尺寸的限制，设计开发新的喷水推进器。
1 推进器基本能量关系式泵喷水推进器的相关参数及各参数间的基本计算关系式如下[3]。
喷水推进泵压力脉动特性数值计算及分析
喷水推进泵压力脉动特性数值计算及分析张明宇;王永生;靳栓宝;魏应三;付建【摘要】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.【期刊名称】《西安交通大学学报》【年(卷),期】2014(048)011【总页数】8页(P51-57,102)【关键词】喷水推进泵;计算流体动力学;压力脉动;分离涡模拟【作者】张明宇;王永生;靳栓宝;魏应三;付建【作者单位】海军工程大学动力工程学院,430033,武汉;海军工程大学动力工程学院,430033,武汉;海军工程大学动力工程学院,430033,武汉;海军工程大学动力工程学院,430033,武汉;海军工程大学动力工程学院,430033,武汉【正文语种】中文【中图分类】TH313随着舰船综合性能的提高,喷水推进在高性能舰船、快艇上的应用越来越广泛。
作为喷水推进器核心部件的喷水推进泵(简称喷泵)的设计便显得尤为重要,压力脉动特性研究可在保证喷泵水力效率的情况下有效缩减过激的泵体振动及其引起的局部空化,更是降噪研究的基础和前提。
喷水推进装置液压控制系统的研究
第 ４ 总第 ｌ 期 ） 期（ ７
２０ ０６年 ７月
温体秸动与 控副
Ｆ ｕｉ Ｐ ｗｅ ａ ｓ ｓ ｉ ｎ ｎ ｎ ｒ ｌ ｌ ｄ ｏ ｒ Ｔｒ ｎ ｍｉｓ０ ａ ｄ Ｃｏ ｔｏ
Ｎ ． Ｓｒ ｌＮ ． ） ｏ （ｅｉ ｏ１ ４ ａ ７
中分 号 Ｈ７ 图类 ：１ Ｔ３
１ 概 述
１１喷水推 进 装置 的 工作 原理 ．
文标码 献识 ： Ｂ
文编 ： 章号 ｛
（６ —２０ ２ ）０３ ３ ０ ０ ０— ０４ ０
喷水推进装置（ 图 １一般安装在船艉 ， 见 ） 同螺 旋桨一样都是船用推进设备 ， 是一种 同航空喷气推 进器相似的反作用推进器 。水流经过进水流道到喷 水 推 进 泵 能 量 转 换 机 构 ， 加 了能 量 后 ， 经 过 导 增 再 叶体 和喷 口， 以一定 的速度喷离船尾 ， 由水 流产 生 的反作用力推动船舶前进 。 喷 口后部是操舵倒航装置 ， 由导 流腔体 、 操舵 液压缸 、 倒航斗 、 倒航液压缸 ， 以及传动机构等所组 成， 其作用是进行操舵（ 保持或改变航向） 和倒航 。 １ ． ２喷 水推 进装 置 的主要 特点 喷水推进装置在高速条件下 ， 与传统 螺旋桨推 进 相 比具 有 明显 的优 势 ，主要 是抗 空泡 能 力 强 ， 推 进效率高 ， 噪音低 ， 操纵性能更好 ； 并且更 适于在浅 水 区航行 ； 此外 ， 传动机构 比较简单 ， 倒航 时 ， 传动 主轴不需反转等。 １ 液压 系统在 喷 水推进 装 置上 的应 用 ． ３ 喷水推进装置的液压系统 ，用于操舵和倒航 。 在做转 向操作时 ，操舵机构在操舵油缸 的推动下 ， 使导流腔体向左或向右摆动 ， 在水平方 向改变喷 出
见 图 ２ 。
喷水推进器的水力特性与性能分析
喷水推进器的水力特性与性能分析喷水推进器是一种常见的推进系统，广泛应用于船舶、水下机器人等领域。
它利用喷水原理产生推力，从而推动物体前进。
在设计和使用喷水推进器时，水力特性和性能分析是至关重要的环节，可以帮助我们了解其工作原理、提高效率以及指导优化设计。
本文将对喷水推进器的水力特性和性能进行详细分析。
一、喷水推进器的水力特性1. 喷水速度：喷水推进器产生推力的根本原理是通过高速喷出的水流产生动量反作用力。
因此，喷水速度是影响推进力大小的重要因素。
一般情况下，喷水速度越高，产生的推力也越大。
2. 喷水流量：喷水推进器的喷水流量直接影响推进器的推力大小。
流量越大，推力也越大。
在设计和选择喷水推进器时，需要根据需求确定合适的喷水流量。
3. 喷水角度：喷水角度是指喷水推进器出水口水流与水平面的夹角。
当喷水角度为0度时，喷水推进器产生的推力最大；当喷水角度增大时，推力逐渐减小。
因此，在实际应用中，需要根据需要选择合适的喷水角度。
4. 喷水推力分布：喷水推进器在实际工作中产生的推力分布不均匀。
一般情况下，出水口处的推力较大，而远离出水口处的推力较小。
这是由于流体的黏性以及喷水推进器的结构造成的。
在设计和使用喷水推进器时，需要注意推力分布的不均匀性对系统的影响。
二、喷水推进器的性能分析1. 推力效率：推力效率是指喷水推进器产生的推力与输入的能量之间的比值。
推力效率高意味着在相同能量输入下，推力输出更大。
在设计和使用喷水推进器时，我们可以通过计算和实验评估推力效率，以提高系统整体性能。
2. 耗能特性：喷水推进器在工作过程中会产生一定的能量损耗。
这些损耗包括水流摩擦、泄漏等。
耗能特性的分析能够帮助我们了解系统的能量损失情况，优化设计以减少能量损失，提高效率。
3. 外界干扰对性能的影响：喷水推进器在实际应用中可能会受到外界干扰的影响，如水流速度、船体形状等因素。
这些干扰会导致推进器的性能变化，降低推力效率。
因此，在设计和使用喷水推进器时，需要考虑外界干扰对性能的影响，并采取相应的措施进行补偿或调整。
潜艇泵喷推进器原理_理论说明以及概述
潜艇泵喷推进器原理理论说明以及概述1. 引言1.1 概述潜艇泵喷推进器是一种先进的水下推进技术，它通过将水流引导到泵中，并通过喷射产生推力来推动潜艇。
相比传统的螺旋桨推进系统，潜艇泵喷推进器具有更高的效率和更好的机动性能。
本文主要介绍潜艇泵喷推进器的原理和工作原理，解释其流体力学原理、压力传递机制以及能量转化过程。
1.2 文章结构本文共分为五个部分。
首先，在引言部分我们将对本文进行总体概述和结构安排。
其次，介绍潜艇泵喷推进器的原理，包括其工作原理、结构组成以及优缺点。
接着，在理论说明部分我们将详细探讨潜艇泵喷推进器涉及的流体力学原理、压力传递机制以及能量转化过程。
然后，在实际应用与发展现状部分我们将分析现有的潜艇推进系统应用实例，并探讨技术改进与创新发展趋势以及当前所面临的挑战和解决方案。
最后，在结论与展望部分我们将对文章进行总结，展望未来潜艇泵喷推进器技术的发展，并提出相关的建议和可能的改进方向。
1.3 目的本文旨在深入解析潜艇泵喷推进器的原理和工作机制，从流体力学和能量转化等角度进行理论阐述，并对其现实应用与发展现状进行分析和评估。
通过对该技术的全面研究，我们可以更好地了解潜艇泵喷推进器在海洋探索、军事应用以及科学研究等领域的实际效果和应用前景，为未来该技术的发展提供参考和指导。
2. 潜艇泵喷推进器原理：2.1 工作原理：潜艇泵喷推进器是一种基于马达流体力学原理的推进装置，它通过动力的提供和流体力学原理的应用，实现潜艇在水下前进的目的。
其工作原理主要包括以下几个步骤：首先，在潜艇内部通过压缩空气或者液压系统产生高压能。
这些高压能会被输送到潜艇泵喷推进器中。
接着，高压能被潜艇泵喷推进器中的泵转化为高速水流。
这些水流会经过推进器中的导向器进行方向调整，并注入到反推系统中。
然后，在反推系统内部，高速水流以极高速度从喷嘴中释放出来。
这个过程类似于火箭发动机的工作原理，因此也被称为“水下火箭”。
最后，由于动量守恒定律，高速水流从反向释放出来时会产生一个相等但相反方向的反作用力，从而使得潜艇在水中获得向前的推进力。
喷水推进器
基本参数
喷水推进装置泵的品质是通过其主要性能参数反映出来的，包括流量、扬程、转速、功率、效率和汽蚀余量 等。这些参数反映了泵的工作状态和能量转换的程度，泵的主要性能指标也用这些主要工作参数来表示。一台泵 制造安装好后，并不一定能在泵的设计条件下运行，可通过泵的特性曲线综合直观地来表示泵的性能，了解各参 数的变化，以此更好的进行泵流动性能的分析。
预防措施
喷水推进器的发展经历了液泵式喷水推进、间歇式喷水推进、底板式喷水推进、航板式喷水推进、舷外喷水 推进。目前，单从喷水推进器的发展情况看，其技术己经口益成熟，但是底板式全回转喷水推进器在市场上比较 少见，对于使用全回转喷水推进器的船舶，船只在不同方向上具有喷水的可操作性，因此改变航线和方向变得很 容易，无需使用船舵来控制船舶行进方向，能够降低船舶的转弯半径，并且可以360°旋转以改变航向，对船舶 的行进方向较易控制，而且在所有方向上都能够提供最大推力。
研究现状
目前，世界上单泵吸收功率最大、己经投入使用的喷水推进装置为日本Technoseaways公司所有，由罗一罗 公司制造，型号为卡米瓦VLWJ235，其进水口直径达2.35米，单泵吸收功率27瓦，安装在高技术超级班轮上，每 艘船配两套，最高运营航速可达40节。
喷水推进运行平稳，振动噪声低，适应豪华游艇安全、舒适的特殊需求，其在游艇上的应用也日益增加。例 如“迷人海洋”号艇由4台MTU柴油机驱动两套2.6米的螺旋桨，1台LM2500燃气轮机驱动一套LJ210E喷水推进装 置，航速可达34节。
介绍
喷水推进器是船舶的一种推进工具，它和船舶动力装置一起，用来推进船舶。
喷水推进器是推进机构的喷射部分浸在水中，利用喷射水流产生的反作用力驱动船舶前进的一种推进器。由 水泵、管道、吸口和喷口等组成，并能通过喷口改变水流的喷射方向来实现船舶的操纵，效率比螺旋桨低，但操 纵性能好，特别是对于泥沙底的浅水航道，喷水推进器具有良好的适应性。
工程流体力学中的水力喷射式泵浦分析
工程流体力学中的水力喷射式泵浦分析水力喷射式泵浦是一种常见的流体机械装置，广泛应用于对液体进行输送或抽取的工程实践中。
本文将对水力喷射式泵浦的工作原理、性能分析和应用进行详细介绍。
一、工作原理水力喷射式泵浦采用喷射原理，通过利用高速液体流动产生的动能和压能，将液体从低压区域抽取并加速压送到高压区域。
主要包含一个射流装置和一个吸液管道系统。
射流装置中的高速射流通过喷嘴产生，并在喷口处创建一个真空区域，引起低压。
在这种低压下，液体从吸液管道系统中被抽取并与高速射流混合，形成高速液体流动。
混合后的液体流动进入扩散器，由于扩散器的减速作用，使流动速度减小，同时压力增加。
最终，液体被压送到高压区域。
二、性能分析1. 喷射效率：喷射效率是评价水力喷射式泵浦性能的重要指标之一。
受到喷嘴结构、流量、压力等因素的影响。
提高喷射效率可以减小能量损失和提高泵浦输出效率。
2. 流体损失：水力喷射式泵浦在流体输送过程中会有一定的能量损失，主要包括摩擦损失、压力损失和挟持损失等。
减小流体损失，可以提高泵浦效率，降低能耗。
3. 压力特性：水力喷射式泵浦的输出压力与入口压力和流量有关。
通过对泵浦的结构和流动条件的分析，可以获得泵浦的压力特性曲线。
这对于工程应用中的设计和运行具有重要意义。
三、应用领域1. 矿山工业：水力喷射式泵浦可以用于矿山排水和输送地下液态矿物的工作环境。
其能够处理高浓度和高颗粒含量的液体，提高排水效率和输送效果。
2. 消防工程：水力喷射式泵浦可以应用于消防系统中，用于提供高压水流进行火灾扑救。
其具有自吸能力和高压输出特点，适合应对各种复杂火灾环境。
3. 建筑工程：水力喷射式泵浦在建筑工地中常用于混凝土输送和排水作业。
其能够将混凝土等重质材料快速、高效地输送到需要的地方，提高工程施工效率。
4. 污水处理：水力喷射式泵浦可以用于污水处理系统中的污泥输送和废水排放。
其能够有效地处理污染物和废水，减少环境污染，保护水资源。
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。
喷水推进船避免喷泵气蚀的仿真研究
第１ （ 期 总第 ｌ９期 ） ８
中
国
造
船
Ｖ １ １ Ｎ ． （ ｅ ａ Ｎｏ Ｉ ９ ｏ． ｏ１ Ｓ ｒ ｌ ． ８ ） ５ ｉ
Ｍ ａ Ｏ１ Ｌ２ ０
２１ ０ ０年 ３月
Ｓ Ｐ Ｈｌ ＢＵＩ Ｄｒ Ｌ ＮＧ ＯＦ ＣＨｒ ＮＡ
文 章编 号 ： １０ －８２（ｏ ｏ Ｏ —０ ５ ８ ０ ０４ ８ ２ ￣） １ ５ － － ０ ０
喷水推进船避免喷泵气蚀 的仿真研究
黄 斌 ，王 永 生
（ 海军工程 大学船舶与动力学院，武汉 ４ ０ ３ ） ３ ０ ３
摘
● Ｌ
要
‘ ’
为 了解决 喷水推进船 在各种 工况下 ，喷 泵工作在 气蚀 区的 问题 ，利用 Ｓｍ ｌ ｋ 与 ＭＦ （ ｃ ｓｆ ｉ ｕｉ ｎ ＣＭｉ ｏｏｔ ｒ
套推进装置数学模型是研究的必要条件。本文所需的艇推进装置的数学模型应包括的子模型有：喷水
推 进器数 学模型 、柴 油机数 学模型 、调速器数 学模 型和传动装 置数学模 型 。
收稿 日期 ：２ ０￣８２ ；修 改稿收稿 日期 ：２０ ．１１ ０８ ．６ ０９０ —４
中
国
造
船
学 术论 文
１１ 调速器 模型【 ． 】
调速器模型输入为柴油机的设定转速和柴油机反馈的实际转速，通过一个 ＰＤ控制器输出供油齿 Ｉ
杆的位 置 。ＰＤ控制 器 的数 学描述 为 Ｉ
（ ＝ 【 ｆ＋ １ （）ｆ ｆ Ｐ）ｉ ） （ ｆｄ ＋
ｆ
，
】
‘１ ｌ
．
（） １
式中 ， ） 表示调速器的输出，即柴油机的齿杆位置；ｅ 表示柴油机设定转速与实际转速之间的误差。 （
船舶喷水推进器特殊工况性能研究
“ 体一 推 进器一 主机 ” 船 匹配 研 究 表 明 喷水 推
进船有 别于 螺旋 桨推 进 船最 显 著 的 特点
最 薄弱
常工况 ） 推进泵 可有 效利 用 来 流 的动 能增 加进 流 的 ， 净正 吸头 ， 延迟 和 抑制 空 化 的产 生． 在部 分 推进 器 工 作 ， 在进行船 舶机 动时 （ 文称 为 特殊 工况 ） 如 加 或 本 ， 速 、 弯过程 中 ， 流 的净 正 吸头 要 明显 减 小或 低 于 转 进
第３ ２卷第 ７期
２１ ０ １年 ７月
哈
尔
滨
工
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
程
大
学
学
报
Ｖｏ１３ ． ２ Ｎｏ． ７
Ｊ ｕｎ ｌｏ ｒ ｉ ｎ ｉｅ ｒｎ ｉｅｓ ｙ ｏ ｒ ａ ｆＨａｂｎ Ｅ ｇｎ ｅｉｇＵｎｖ ｒｉ ｔ
Ｊ １２ １ ｕ． ０ ｌ
ｄ ｉ１ ． ９ ９ ｊ ｉ ｎ １ ０ －０ ３ ２ １ ． ７ ０ ６ ｏ ： ３ ６ ／ ．ｓ ． ０ ７ ７ ４ ． ０ ０ ． ０ ０ ｓ １
作 ， 喷水推进船转弯 、 对 加速及部分推进 器工作时 的性能进行 了研 究． 助计算 流体力 学方法数值 模拟 特殊工 况喷水 推 借 进器 的流场 ， 从流体动力特性 角度分析特殊工 况易发生空化 的原 因． 建立 了某 喷水推进船推进装置及船 体阻力 的数 学模 型， 以空化限制线为约束 ， 研究特殊工况 避免产生空化 的使用 方法． 究表明 ， 研 喷水 推进船转弯时泵 的有效进 流净正 吸头
速及部分 推进 器工作时 喷水推 进器 的流场 ， 计算 和 比
较 了 ３种工况 有效 净正 吸 头及力 矩 等参数 的变化 规
喷水推进器的流体动力学特性分析与仿真研究
喷水推进器的流体动力学特性分析与仿真研究引言：喷水推进器作为一种常见的推进装置，在航海、航空等领域广泛应用。
研究喷水推进器的流体动力学特性对于提高推进器的效率和性能具有重要意义。
本文旨在分析喷水推进器的流体动力学特性，并通过仿真研究探讨优化方案。
1. 喷水推进器的工作原理喷水推进器通过将水流喷出，产生反向冲力实现推进物体的目的。
它利用喷水原理，根据牛顿第三定律，水流的反作用力将产生推力。
具体工作原理如下：涡轮推进器将水流引入喷嘴，通过喷嘴高速喷射，形成高速的水柱；在水柱出口处，水柱将遇到外界水流阻力，产生反向冲力，推动装置前进。
2. 喷水推进器的流体动力学特性分析（1）喷嘴结构对推进器性能的影响喷水推进器的喷嘴结构对推进器性能有着重要影响。
通过调整喷嘴的形状、直径、角度等参数，可以改变喷水推进器的流速、喷射角度和推力大小。
例如，增加喷嘴的直径可以增加喷出的水量，从而提高推力。
而增加喷嘴的角度会改变喷射方向，影响推进器的运动方向。
（2）水流速度对推进效果的影响水流速度是影响喷水推进器效果的关键参数之一。
当水流速度较高时，喷水推进器的推力将增大。
然而，水流速度过高也会导致流阻增大，从而降低推力效率。
因此，在设计喷水推进器时需要综合考虑水流速度和推力效率的平衡。
（3）流动状态与推进器性能的关系喷水推进器的流动状态直接影响推进器的推力大小和工作效率。
如直流状态、旋转状态等。
研究发现，旋转状态下的喷水推进器能够提供更大的推力，而直流状态下的喷水推进器则能够提供更高的效率。
因此，如何通过优化推进器结构，使其在不同流动状态下达到最佳性能，是一个重要的研究方向。
3. 喷水推进器的仿真研究（1）基于计算流体动力学的仿真模拟计算流体动力学（CFD）技术可以有效地模拟和分析喷水推进器的流体动力学特性。
通过将喷嘴的几何模型导入CFD软件，可以模拟喷嘴内部的湍流、速度分布等参数，并得到喷水推进器的推进效果。
通过多次仿真实验，可以优化喷嘴的设计，提高推进器的性能。
螺旋混流式喷水推进泵流致噪声特性分析
螺旋混流式喷水推进泵流致噪声特性分析螺旋混流泵前半段类似螺旋泵,后半段类似混流泵,在结构上是两种叶轮的有机融合,在旋转工作时螺旋段有正排量特征,可以提供与螺旋桨类似的推力,后半段可以通过喷流提供推进的反作用力,在喷水推进领域有巨大的应用空间。
针对其的研究涉及到推力性能、推进效率以及空化特性等方方面面,但在噪声领域的相关文献较少。
本文以螺旋混流式喷水推进泵作为研究对象,对单叶片、带分流叶片及双叶片三种设计方案下噪声特性及噪声分布规律进行了分析,了解其噪声发生规律,之后基于以上研究在全流域下分析不同叶片数螺旋混流式喷水推进器各过流部件的噪声规律。
具体的工作如下:(1)通过水槽试验获得推-阻力等数据,完成螺旋混流式喷水推进泵的水力设计,建立三维模型,采用ICEM进行计算域网格的划分,应用CFX对流场进行数值计算,通过对比多个湍流模型,选用合适的边界条件,湍流模型和收敛条件,将流场的计算结果导入声场中,对计算域的声场进行计算,并分析其计算结果。
(2)采用RNG k-ε模型对流场计算域进行定常数值计算,分析了叶片数对螺旋混流泵性能特性的影响;以定常计算结果为初始条件,运用DES模型进行非定常计算,建立监测点监测叶轮及导叶表面压力脉动在不同运行工况下的变化规律,分析了螺旋混流泵中叶轮及导叶表面上压力脉动的特征,与之后声学计算结果建立关联。
(3)基于流场的计算结果,运用声学有限元的方法对不同叶片数下螺旋混流泵中各过流部件的噪声特性进行数值计算,研究了不同流量工况下各过流部件的噪声特性及变化规律。
(4)将螺旋混流泵作为动力装置应用于喷水推进系统中,讨论了三种设计方案下螺旋混流式喷水推进泵推力性能及运行性能的影响,之后对其进行非定常计算,对不同运行航速时泵喷推进系统中的压力脉动变化规律进行分析。
(5)对螺旋混流式喷水推进器各过流部件的噪声特性进行分析研究,对比了不同转速下各过流部件噪声的变化规律以及叶片数对外场噪声特性和分布规律的影响。
轴流式喷水推进泵水力设计和性能检验
轴流式喷水推进泵水力设计和性能检验常书平;王永生;靳栓宝【摘要】Based on Matlab-Simulink,the computer aideddesign(CAD)program of a waterjet axial-flow pump was built with which the geometrical parameters of the pump could be obtained quickly. The program adopted a lifting method for rotor design and a streamline method for stator design. The point coordinates of the pump blades were obtained and can be directly applied to three-dimensional geometrical modeling. Computational Fluid Dynamics(CFD)was used to predict head and efficiency characteristics of the pump while its interior flow field was also investigated. The whole course consisted of setting up a calculated region,meshing with high quality hexahedral grids,boundary condition definition,numerical simulation,and post analysis. An example proves that the method used in this paper can produce a waterjet axial-flow pump of high efficiency and quality with only minimal time lost,and whose hydraulic performances can be tested conveniently for shape optimization. This article offers a tactic which is beneficial to domestic waterjet pump design and application.%基于Matlab-Simulink建立了一套轴流式喷水推进泵计算机辅助设计(CAD)程序(其中叶轮采用升力法设计,导叶采用流线法设计),实现了其水力设计参数的快速选择与计算,直接得到了叶片流面的空间坐标,可方便进行三维几何造型.采用计算流体力学(CFD)方法,通过建立计算域、划分高质量结构化网格、定义边界条件、数值计算和后处理等步骤详细分析了所设计轴流式喷水推进泵内流场分布,并对扬程、效率等水力性能进行综合检验.通过实例详细阐述了轴流式喷水推进泵CAD设计和CFD水力性能预报的各个环节,结果表明该方法可快速、高效、优质的完成轴流式喷水推进泵的水力设计、性能评估和结构优化,对加速喷水推进泵的研发和促进喷水推进在国内应用具有积极意义.【期刊名称】《哈尔滨工程大学学报》【年(卷),期】2011(032)010【总页数】6页(P1278-1282,1289)【关键词】喷水推进;轴流泵;叶轮;导叶;计算流体力学;水力设计【作者】常书平;王永生;靳栓宝【作者单位】海军工程大学船舶与动力学院,湖北武汉430033;海军工程大学船舶与动力学院,湖北武汉430033;海军工程大学船舶与动力学院,湖北武汉430033【正文语种】中文【中图分类】U664.34喷水推进是利用推进泵喷出水流的反作用力推动船舶前进，它具有常规螺旋桨所不及的众多优点［1-2］.对喷水推进泵有一些特殊要求，如体积小、转速高、汽蚀性能好、流量系数大、扬程系数高等，所以喷水推进泵的设计难度较一般陆用水泵要大得多［3］.传统的依靠反复试制、试验来研制新型水泵的方法既耗资大又周期长，不易满足喷水推进泵的设计要求.将计算机辅助设计(CAD)和计算流体动力学(CFD)技术结合起来，可建立一套轴流式喷水推进泵的参数化设计和水力性能检验平台.它采用CAD技术计算并修正各过流部件的形状参数，用CFD技术分析其内部流场来快速判断CAD设计质量，并为进一步优化设计提供合理依据，它的应用有益于高质高效地完成设计任务［4］.航速不是太高的舰船和现代两栖车辆大多采用了轴流式喷水推进［5］，本文将建立一套轴流式喷水推进泵的CAD-CFD平台.首先，依托Matlab-Simulink实现了轴流式喷水推进泵参数化设计过程，直接得出了叶片流面点的空间坐标;然后，根据计算所得的设计参数和坐标值在SolidWorks软件中进行三维几何建模;再采用CFD技术，经高质量的结构化网格划分、定义边界条件、数值计算和后处理等步骤对所设计轴流式喷水推进泵的扬程、效率等宏观外特性及具体流场流态进行综合评估.文中通过一实例详细阐述了各个环节的具体实现方法，结果表明:该平台便捷实用、可高速优质地完成轴流式喷水推进泵水力设计.1 轴流式喷水推进泵CAD基于圆柱层无关性假设和叶栅理论［6-7］，按照升力法进行轴流泵叶轮设计，按照流线法设计导叶，具体流程如图1和图2.图1 叶轮设计流程图Fig.1 Flow chart of the rotor design图2 导叶设计流程图Fig.2 Flow chart of the stator design该轴流式喷水推进泵CAD具有以下特点:1)叶轮设计时，轮毂比dh/D、叶轮外径D、叶栅稠密度l/t、各截面翼型和旋转中心位置等参数的组合好坏直接影响泵的效率及空化性能［4］.在该叶轮CAD平台中，这些参数既能根据传统的经验曲线自动计算得出，设计者也可根据个人经验给定.2)叶轮设计采用了变环量设计思想［8-9］.设计者可设定环量从叶根到叶顶为线性分布或抛物线分布，通过修改直线的斜率或抛物线的焦点等系数具体控制.这样可避免等环量时造成的叶根攻角大和整个叶片扭曲严重等问题.3)建立了翼型数据库，含NACA4406-4415、NACA16、NACA66和圆弧等翼型的型值、升阻力系数曲线等，可在设计中调用.4)实现了对翼型坐标的平移、旋转和流面缠绕等操作，直接得出叶片流面的三维空间坐标，便于直接进行叶片三维几何建模和检查叶片扭曲度.5)实现了轴流式喷水推进泵三维造型的参数化控制.根据用户的调整不断修改设计参数，喷水推进泵的三维几何造型跟着发生相应的变化，便于进行多方案比较寻优.2 轴流式喷水推进泵设计实例按照020Q84喷水推进泵的设计要求进行设计，具体为［9］:流量 Q=0.152m3/s，扬程 H=2.61 m，转速 n=1 450 r/min.取泵直径D=0.2 m，叶轮叶片数z=6，导叶片数zd=7，主要参数结果如表1和表2.叶轮和导叶之间距离为0.05D，叶轮和导叶叶片都选用NACA16α=0.8翼型.根据CAD程序计算得出的各流面翼型空间坐标，依托SolidWorks宏命令直接进行轴流泵三维几何造型和叶片形状检查，见图3和图4.表1 叶轮主要参数计算表Table 1 Calculated results of rotor parameters相对半径r/R 0.40 0.55 0.70 0.85 1.00环量系数K00.45 0.83 1.05 1.14 1.07液流角βm/(°) 49.37 40.11 32.36 26.60 22.31稠密度 l/t 1.58 1.40 1.23 1.06 0.89升力系数 Cy 0.352 0.444 0.419 0.358 0.289相对厚度δ 7 6 5 4 3攻角α/(°)0.71 1.23 1.1 0.76 0.62表2 导叶主要参数计算表Table 2 Calculated results of stator parameters相对半径r/R 0.40 0.55 0.70 0.85 1.00/m 73.6 76.5 79.4 81.8 83.0骨线半径 R/m 119.1 127.3 137.7 158.1 191.7进口角α3/(°) 54.3 55.6 56.8 60.3 65.7出口角α4/(°)弦长l 90 90 90 90 90图3 叶轮叶片流面线Fig.3 Sectional line of the rotor blade图4 喷泵三维造型Fig.4 3D modeling of the waterjet pump3 轴流式喷水推进泵CFD参照文献［10］确定该轴流式喷水推进泵CFD计算域如图5.图5 计算域和边界设置Fig.5 Calculated region and boundary conditions图6 轴流泵网格Fig.6 Mesh of waterjet axial-flow pump各部件均采用六面体结构化网格进行划分，叶轮采用J型拓扑结构，导叶体采用H 型拓扑结构.为较真实模拟轴流泵内部流动，对各固体壁面进行了网格加密处理，叶片周围也用O型网格进行了加密，叶顶间隙采用独立的10层H型网格嵌入到周围的O型网格之中.各部件网格如图6所示.在划分网格时还考虑了数值模拟精度对网格数量的依赖性，最终确定的网格方案见表3.表3 轴流式喷水推进泵各部件网格数量Table 3 Mesh number of each part of waterjet axial-flow pump部件名称进流段叶轮导叶出流段总计网格节点/×10421.3 67.4 51.6 23.9 164.2采用工程中应用最广泛的雷诺时均方法求解轴流式喷水推进泵内复杂的粘性不可压缩流场，流动控制方程为［11］:式中:fi为体积力，包括推进泵旋转过程中流体的科氏力和离心力;p为作用在流体上的压力;ρ为海水密度;μ为海水的分子粘性系数;μt为湍流动力粘性系数.选择SST剪切应力输运模式来对湍流进行模拟，即在边界层边缘和自由剪切层采用k-ε模式，而在近壁面区域(y+＜2.5)使用k-ω模型中的低雷诺数公式，两者之间通过混合函数来过渡［12］.已经证明该模式在湍流粘性底层比k-ε具有更好的数值稳定性，并且对于较缓的逆压梯度流动，该模式在对数律层能较好地模拟边界层的流动特性.湍动能方程:湍流耗散率方程:基于SIMPLE算法，应用有限体积法将控制方程和边界条件做相应的离散，采用全隐式耦合求解技术同时求解动量方程和连续方程.采用MFR［13］方法对整个系统进行计算.叶轮流场采用旋转坐标系计算，导叶体、进流段和出流段静止域流场采用固定坐标系计算，各交界面两侧的绝对速度近似认为是相等的，通过周向平均后进行数据传递.计算域的进口与出口分别采用流量进口和静压出口边界条件，环境压力为101 325 Pa.计算时对扬程H和功率P变化进行动态监控，确保计算结果可信.4 轴流式喷水推进泵水力性能分析4.1 宏观外特性CFD计算得到设计泵扬程和效率特性曲线分别如图 7、图 8所示，可得:设计点泵扬程 H=2.76 m/s，达到了设计要求，且在较宽流量范围内具有较高的效率，验证了设计的成功性和合理性.低流量工况的扬程和效率都明显高于020Q84喷水推进泵，高流量工况的效率低于020Q84试验数据.图7 扬程－流量曲线Fig.7 Performance curve of flow －head图8 效率-流量曲线Fig.8 Performance curves of flow-efficiency4.2 流态分析图9是轴流式喷水推进泵内部流场特性.(a)图中流体经叶轮做功加速和导叶整流后高速喷出，解释了喷水推进的工作原理.流体进入叶轮时，吸力面进水边附近一低压窄带易发生汽蚀;(d)图所示是叶轮叶片不同叶高(即相对半径)位置处静压随各剖面弦线的分布，横坐标x/c表示取压点位置距导边距离x与弦长c的比值.由压力分布的过渡均匀性可知，叶片设计是合理的.沿叶轮径向压力面与吸力面压差逐渐增大，做功能力逐渐增强，这正是变环量设计应用的结果.图9 泵内流场分布Fig.9 Interior flow field of waterjet axial-flow pump4.3 设计工作的进一步改进由图10得导叶后截面出流存在较明显的速度周向旋转分量，这部分能量是不利于产生推力的.导叶凹面也存在流动分离和涡旋现象.应该调整导叶的进口角以更好的适应来流方向，并通过修改导叶进口与出口之间叶片安放角的过渡规律来改善整流效果，提高泵整体效率.增大叶轮叶片的进口安放角度以减小叶片头部撞击损失、有效提高效率，同时改善叶片吸力面进水边附近的压力分布、优化抗汽蚀性能.泵的设计工作点处于效率峰值点右侧工作，虽然效率较高，但该区域效率下降较左侧明显，这对泵长期运行时的稳定性是不利的.图10 可进一步优化的流场分布Fig.10 Flow field needing further improvement5 结束语基于轴流泵的基本设计理论，依托Matlab-Simulink、SolidWorks软件建立了轴流式喷水推进泵CAD设计平台，实现了叶轮和导叶的水力设计程序化和三维造型参数化.依托CFD技术实现对轴流式喷水推进泵内三维流场的数值模拟和性能预测，通过反复的修改优化得到具有良好性能的轴流式喷水推进泵.该平台的应用，可以减少轴流式喷水推进泵设计中的试制次数，有效降低研发费用和缩短研制周期，对加速喷水推进泵的设计开发和促进喷水推进在国内舰船上的应用有积极意义.参考文献:【相关文献】［1］ALLISON J.Marine waterjet propulsion［J］.Sname Transaction，1993，101:275-335. ［2］金平仲.船舶喷水推进［M］.北京:国防工业出版社，1986:41-56.［3］ZANGENEH M，DANESHKHAH K，DACOSTA B.A multi-objective automaticoptimization strategy for design of waterjet pumps［C］//International Conference of Propulsion.London，UK，2008.［4］ALLISON J，JIANG C.Modern tools for waterjet pump design and recent advances in the field［C］//International Conference on Waterjet Propulsion 2.London，UK，1998. ［5］王立祥，傅健.关于喷水推进串列式轴流泵叶轮参数选择与计算的探讨［J］.船舶，2003(6):47-51.WANG Lixiang，FU Jian.Parameter selection and calculation of tandem axial flow waterjet pump impeller［J］.Ship＆ Boat，2003(6):47-51.［6］沈阳水泵研究所，中国农业机械化科学研究院.叶片泵设计手册［M］.北京:机械工业出版社，1983:262-311.［7］关醒凡.现代泵技术手册［M］.北京:宇航出版社，1995:306-341.［8］金平仲，王立祥，洪亥生，等.喷水推进轴流泵的设计［C］//船舶喷水推进及轴流式推进泵论文集.上海，中国1992:96-142.［9］金平仲，曾松祥，沈奉海，等.轴流泵变环量设计方法［C］//船舶喷水推进及轴流式推进泵论文集.上海，中国1992:160-169.［10］韩小林，郑晶晶，石岩峰.020Q84喷水推进轴流泵内部三维流动的数值模拟［J］.船舶工程，2008，30(4):36-39.HAN Xiaolin，ZHENG Jingjing，SHI Yanfeng.Numerical simulation of the three dimensional flow in 020Q84 waterjet axial flow pump［J］.Ship Engineering，2008，30(4):36-39.［11］王福军.计算流体动力学分析——CFD软件原理与应用［M］.北京:清华大学出版社，2004:7-11.［12］MENTER F R.Ten years of industrial experience with SST turbulence model［C］//Fourth International Symposium on Turbulence，Heat and Mass Transfer.Antalya，Turkey，2003:625-632.［13］BULTEN N，VERBEEK R.CFD calculation of the flow through a waterjet pump［C］//International Conference on Waterjet Propulsion 4.London，UK，2004.。
喷水推进器的工作原理与技术进展
喷水推进器的工作原理与技术进展喷水推进器是一种利用喷射高速水流来产生推力的装置。
它的工作原理基于牛顿第三定律，即每个作用力都会有一个相等且方向相反的反作用力。
当水流被喷射出去时，推进器会受到反作用力从而产生推力。
喷水推进器广泛应用于船舶、潜水器和水上运动器械等领域，因其高效、环保和可靠而备受青睐。
本文将重点介绍喷水推进器的工作原理以及近年来的技术进展。
喷水推进器的工作原理可以分为三个主要步骤：水流进入喷嘴、加速和喷射。
首先，从水源源头流入推进器内部。
然后，水流被加速并引导到喷嘴。
在喷嘴的狭窄空间内，水流速度被增加，同时发生压力降。
最后，速度增加的水流通过喷嘴喷射出来，产生反作用力并推动设备或船只前进。
在喷水推进器的设计中，关键因素之一是喷嘴的形状。
传统上，喷嘴被设计成一个对称的圆锥形，称为圆锥喷管。
这种设计能够产生均匀的水流，从而提高推进器的效率。
然而，近年来新型的非对称喷嘴形状也开始被广泛研究和应用。
这些非对称喷嘴能够更好地控制水流的速度和方向，从而提高推进器的操纵性和灵活性。
另一个重要的技术进展是电动喷水推进器的发展。
传统的喷水推进器需要燃烧燃料来驱动涡轮机或螺旋桨。
然而，电动喷水推进器利用电能直接驱动水泵，无需燃料燃烧，从而降低了污染物的排放和噪音的产生。
电动喷水推进器的使用还带来了更高的能源利用效率和可持续性。
此外，流体动力学模拟和计算机辅助设计已经在喷水推进器的研发中发挥了重要作用。
通过利用数值模拟软件，研究人员可以模拟水流在喷嘴和喷射过程中的行为。
这些模拟工具可以帮助优化喷水推进器的设计，提高推进器的效率和性能。
近年来，还有一项引人注目的技术进展是微喷水推进器的研究。
微喷水推进器是一种微小的推进装置，大小范围从毫米到厘米级别。
这种推进器适用于小尺寸的航空器、微型机器人和医疗设备等领域。
微喷水推进器的研究涉及微流体力学、材料科学和微加工技术。
通过微加工技术，可以制造出微米级的喷嘴和通道，从而实现微喷水推进器的小型化和高效化。
基于速度矩分布的喷水推进泵反设计及抗汽蚀性能分析
ｍ ｅ ｄ ｉ ｃ ｉ ｎ ａ ｌ ｓ ｔ ｒ ｅ ａ ｍ ｌ ｉ ｎ ｅ ｏ ｆ ｗ ａ ｔ ｅ ｒ ｊ ｅ ｔ ｐ ｕ ｍ ｐ ｂ ｙ ｓ ｉ ｎ ｇ ｕ ｌ ａ ｒ ｉ ｔ ｙ ｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ．Ｔ ａ ｋ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ａ ｎ ｇ ｕ ｌ ａ ｒ ｍ ｏ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｂ ｌ ａ ｄ ｅ ｔ ｈ ｉ ｃ ｋ —
第２ ７卷第 ３期 江 苏科 技大 学学 报 （ 自然科 学 版 ） Ｖ ｏ １ ． ２ ７ Ｎ ｏ ． ３ ２ ０ １ ３年 ６月 Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｊ ｉ ａ ｎ ｇ ｓ ｕ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ（ Ｎ ａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ Ｅ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ） Ｊ ｕ ｎ ． ２ ０ １ ３
ｓ ， 流 面 的反 问题 设计 方 法 主要有 两 种 ： 给定 速 度矩
考虑 ｒ 分 布 影响 的 ｓ 流 面 轴对 称 流 场 和 叶 片 的
骨 面方程 ． 文 中基 于 Ｓ ／ Ｓ ：流 面 理 论 ， 给定 初 始 轴
面流 道形 状 ， 以 速 度 矩 分 布 和厚 度 分 布 为 已 知 条
ａ ｑ ２
ａ （ Ｈ３ ）
ｌ
一
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ａ ｇ ２
『 Ｖ ３ Ｈ ３ ）． Ｈ ａ （ Ｈ ３ ） ］
【 ａ ｇ
。
式 中： Ｙ Ｏ ｒ 为 速 度 矩 分 布 函数 ； ０为 叶 片 骨 线 角 坐
．
１
１
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Ａｂｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ：Ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈｅ ｔ ｈ ｅ ｏ ｒ ｙ ｏ ｆ Ｓ１ ａ ｎ ｄ Ｓ ２ ｓ ｔ ｒ ｅ ａ ｍ ｓ ｕ ｆａ ｒ ｃ ｅ，ｇ ｉ ｖ ｅ ｎ ｔ ｈ ｅ ｉ ｍｐ ｅ ｌ ｌ ｅ ｒ ｓ ｈ ａ ｐ ｅ，ｗｅ ｓ ｏ ｌ ｖ ｅ ｔ ｈ ｅ ｉ ｎｉ ｔ ｉ ａ ｌ ａ ｘ ｉ ａ ｌ
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运用转速控制方法的泵外特性
12/22
4 空化时的轴向推力
通常情况下，喷水推进器在加速和转弯时会产生空化 运用CFD技术，预测不同空化条件下的轴向推力与内部流动情况 ，并初步分析两者的关系
13/22
14/22
泵的空化性能曲线
泵的轴向推力与NPSHA的关系
15/22
16/22
两级叶轮空化时轴向推力情况
项目汇报
泵喷水推进器的模型设计及
数值模拟研究
汇报人： 申占浩
2015.05
目录
1
项目简介
模型设计 转速控制方法 空化下的轴向推力
2
3
4
2/22
1 项目简介
喷水推进器（Waterjet Propulsion），它是利用泵 喷出水流的反作用力来推动船舶前进的装置
3/22
喷水推进器的动力稳定性是船舶稳定的基础，而作为其动力来 源，稳定的推力必不可少 现实中，喷水推进器内部流动复杂，推力极易出现不稳定现象
首级叶轮
次级叶轮
17/22
叶轮在空化条件下压力系数分布
首级叶轮
次级叶轮
18/22
19/22
5.导叶及喷嘴 6. 进口延伸段 7/22
网格划分
采用ICEM进 行结构化网格
划分
总体网格质量
首级叶轮 次级叶轮 导叶
≥0.3 总体网格角度 ≥180 总体网格数约
总体网格
为186万 8/22
数值模拟主要参数选择
主要条件 数值模拟方法 湍流模型 进口 出口 壁面函数 收敛精度 设置 雷诺时均法
SST k-ε
总压进口 质量流出口 标准壁面函数
10-5 9/22
整体数值模拟外特性
整体数值模拟的外特性曲线
喷水推进泵在流量区间0.4 Qd ~0.5 Qd出现正斜率现象 10/22
空化特性分析
两级叶轮整体与单独空化数值计算结果对比
对旋轴流式喷水推进泵与普通轴流泵相比空化性能更好 11/22
推力在航行器转弯等特殊工况时可能会丧失
4/22
2 结构设计
对旋泵过流部件如图，其中两级叶轮对旋，流体由喷口喷出。
对旋轴流式喷水推进器过流部件结构示意图
1.进水管道 2.首级叶轮 3.次级叶轮 4.导叶 5.喷嘴 5/22
首级叶轮采用导管桨型式
6/22
实体建模
计算模型三维水体图
1. 进口延伸段 2.首级叶轮 3. 轴向间隙 4.次级叶轮