流场控制体对喷水推进器性能预报影响的研究

合集下载

水下航行器及泵喷推进器能量转换特性研究

0　引言随着21世纪各国经济发展提质增速，海上工业和军事业的发展进程也呈现出日新月异的变化。

其中，水力机械的应用广泛存在于国民日常生活中，例如：我国是水资源开发大国，在梯级电站和海洋能源开发利用中，贯流式和轴流式水轮机应用广泛[1]，优势明显，对于低扬程泵站则多采用轴流泵和贯流式水泵[2]；在海上运输业和海洋军事方面，船用以及水面水下舰艇常用水力机械为螺旋桨和泵喷推进器[3]。

随着目前海上运输业和军事舰艇逐步向着大型化、高航速和大载重的方向发展，螺旋桨和泵喷推进器作为使用最为广泛的水面及水下推进器，对其各方面要求越来越高。

其中，作为新一代推进器的泵喷推进器，相比于传统螺旋桨推进而言，不但可以显著提高推进效率，还可以大幅度增强隐身性能，为水面及水下舰艇的安全运行提供了更好的保障。

1　研究现状自20世纪80年代以来，泵喷推进器以其高推进效率，低辐射噪声和优秀的抗空蚀性能而逐渐引起各国军事界的关注[4]。

近年来，随着海上输送向高速发展，泵喷推进器的应用范围和需求已大大增加。

但是当潜艇航速越来越高时，推进器高速运行区域中的压力就会越低，这意味着该区域有可能发生空化现象。

在大多数情况下，螺旋桨和泵空化是一种不良现象，会引起强烈的噪声、叶片剥蚀、振动和效率降低等问题。

空泡破裂产生的冲击波是主要的噪声源，尤其是在海洋军事领域，对水下航行器的声学隐身性能构成了极大的威胁。

不同于常规水力机械上的空化现象，水下带有艇体的泵喷推进器空化是同时受到艇体尾部非均匀伴流场影响以及叶轮高速旋转影响下的三维非定常空化流动，其流动复杂程度较高，对于潜艇尾部流动稳定性以及隐身性能影响严重。

此外，由于泵喷推进器本身几何结构特征叶顶间隙的存在，叶顶周围的流体由于压力面和吸力面之间的压差驱动作用，在叶顶间隙区域产生泄漏流，并极易由此诱发复杂的涡结构，包括泄漏涡、诱导涡以及梢隙涡等[5，6]。

涡结构高速旋转形成极低的涡心压力，成为空化发生的起始位置之一。

喷水推进器推进性能优化研究

喷水推进器推进性能优化研究曹玉良;王永生;靳栓宝【摘要】为了提高某摩托艇用喷水推进器的推进性能,文中对其流道和导叶进行了优化,运用CFD方法对改进的效果进行分析.以某混流泵为例,对其轴功率进行了CFD计算,不同转速时CFD计算误差在1％以内.进而运用CFD方法分析了某摩托艇用SHS1100喷水推进器的水力性能,发现其流道和第二级导叶内存在漩涡、喷口出流存在较大的旋转能量.从减小流道过流面积,以及流道背部曲率、改变第二级导叶形状等方面对其进行了优化.使喷水推进器的推力效率提高了7％,流道效率提高了5.7％,喷泵效率提高了3.3％,第二级导叶出流不均匀度降低了7.3％、出流周向动能降低了17％,并消除了流道和第二级导叶内的涡流.【期刊名称】《武汉理工大学学报（交通科学与工程版）》【年(卷),期】2015(039)001【总页数】5页(P211-215)【关键词】喷水推进器;进水流道;第二级导叶;优化;CFD【作者】曹玉良;王永生;靳栓宝【作者单位】海军工程大学动力工程学院武汉430033;海军工程大学动力工程学院武汉430033;海军工程大学动力工程学院武汉430033【正文语种】中文【中图分类】U664.33曹玉良(1988- )：男, 硕士，主要研究领域为喷水推进器设计喷水推进技术近年来在国外得到飞速发展，被越来越广泛地应用到高速性能舰船上.但国内喷水推进器的设计水平还不高，如何设计出满足抗空化要求并且推进效率高的喷水推进器，越来越成为各喷水推进研究人员关注的焦点.进水流道作为喷水推进泵从船底吸水的过流通道，进水流道水动力性能优越与否，不但影响到流道内的流动损失从而影响推进效率，也明显影响出流的质量从而影响喷水推进泵的性能，提高进水流道流动性能对提高喷水推进器整体性能及推进效率具有重要意义.喷水推进器推力等于喷口和进水口的动量差，出流的速度及其分布对喷水推进器的推力具有重要影响，出流的好坏直接关系到喷水推进器的效率[1-3].随着计算机的快算发展，CFD技术在喷水推进研究中的应用越来越广泛，不仅用于喷水推进器的性能分析，而且用于喷水推进器的优化设计[4-6].本文运用CFD 方法分析某摩托艇用SHS1100喷水推进器的推进性能，发现该喷水推进器的来流和出流存在问题，对该喷水推进器的进水流道和第二级导叶进行优化，运用CFD 方法分析优化后的喷水推进器的水力性能，以多项指标对优化的效果加以检验.喷泵是喷水推进器核心做功部件，由叶轮和导叶组成.为验证本文所用数值方法的可信性，文中先用CFD方法计算了国外某喷水推进混流泵不同转速时的轴功率.该喷泵几何模型见图1，该泵进口直径710 mm，叶轮为6片，导叶为11片.在数值模拟过程中，叶轮采用J 形网格, 导叶采用H 形网格，叶轮单通道网格数保持在20万左右，导叶单通道网格数保持在10万左右，泵内流场网格总数约300万，均为六面体网格，y+保持在200以下，数值计算时采用剪切应力模型(SST模型)，总压进口、静压出口，叶轮和导叶表面网格见图2.不同转速时轴功率的CFD计算结果见表1(数据进行了单位化)，从表中可以看出，各转速下混流泵轴功率的CFD计算值与厂家提供值误差均在1%以内.某摩托艇用SHS1100喷水推进器叶轮为3片叶片，导叶有6片叶片，喷泵进口直径D为154.5 mm，见图3.采用必须的控制域进行推进器推力性能的数值计算，控制域的长度、宽度和高度分别取喷水推进器进水口直径的30倍、10倍和8倍[7]，(见图4).叶轮和导叶采用六面体网格，流道和控制水域采用四面体网格，在流道内壁、控制域的上壁面以及格栅和叶轮轴的表面采用棱柱层网格，第一层网格厚度为0.2 mm，全计算域网格数约350万，节点数约200万，y+控制在200以下，对流动剧烈部位的网格进行加密，采用剪切应力湍流模型(SST模型)进行稳态计算，进口设为速度，出口设为opening.通过CFD方法计算出的该喷水推进器在设计转速6 667 r/min下的推力见表2.由表2可见,该型喷水推进器的推力效率在设计航速90 km/h时仅有54.3%.经过分析，该型喷水推进器主要存在以下问题：(1)流道背部存在涡旋和流动分离；(2)喷泵第二级导叶内部存在涡流；(3)导叶整流效果不佳，喷口出流存在不小的周向旋转能量.图5为流线及出口速度分布图.该喷水推进器流道背部存在涡流和严重的流动分离，导致来流动能大量损失在流道内，流道效率低下(见图a)).在第二级导叶下部存在明显的涡流(见图5b)),其出流不均匀、存在周向速度(见图5c)).3.1 流道和导叶的流动性能评价指标1) 喷水推进器的推进效率部件的优化的最终结果都是为了提高喷水推进器整体的推进效率.如果仅是部件得到优化，而推进效率下降，那么这个优化就没有意义.通常情况下都是部件越优化，推进效率也越高，但是也存在推进效率得到提高而部件的某个指标变差的情况.推进效率是否提高，以及提高多少，是评价部件优化的最终指标.在缺乏艇体阻力的情况下，本文引入推力效率的概念来评价推进器推进效率的高低，其计算式为式中：T为喷水推进器推力；V为航速；P为推进器的收到功率.2) 流道效率流道效率是衡量进水流道对来流能量利用程度的物理量，流道效率的定义为流道出口面总能量与进流面总能量之比[8]式中：E1，E2分别为流道进流面和出口面的总能量.本文采用长轴为进口宽度1.5～1.9倍的半椭圆形进流面，将进流面的位置取在离流道进口流面切点一个喷泵进口直径的位置处[9].3) 出口不均匀度流道出流的均匀程度是评判流道性能的一个重要指标.流道出口的速度分布越不均匀，就越容易增加喷水推进泵的周期性脉动,这不仅会造成泵的耗功增大、效率下降，而且会引起振动加剧，噪声增强.出口流场流动不均匀度的定义[10]：式中：Q为流道出水口的流量；Vx为出水口的轴向速度；为出水口的平均轴向速度.不均匀度越小，表示出流越均匀，流动性能越好.对于导叶，不均匀度越低，表明出口处速度分布越均匀，导叶的整流导流效果越好.4) 喷口出流周向动能喷口出流的周向分速度不产生推力，周向速度越大周向动能也就越大，没有利用的能量就越多，推进效率也越低.因此，本文引入喷口出流周向动能这一指标来评价喷水推进器出流的好坏，喷口出流周向动能的定义：式中：Vc为出口面上某点的周向速度值.单位时间内喷口出流动能越大，表明出流未利用的能量越多，对推进器的效率越不利.5) 流道的抗空化性能从流道的压力分布云图可初步去分析流道的空化性能[11].6) 是否有涡流在CFD后处理中作出流道内部的流线图，能够很清晰的看出流道和第二级导叶内部是否存在涡流.3.2 进水流道的优化3.2.1 进水流道几何形状的优化流道的优化设计主要从以下几个方面着手.1) 将原不规则的进水口改为前端矩形后端椭圆形的进水口，进水口宽度由原来的最宽154.5 mm改为130 mm，见图6.2) 借鉴国外流道实例，为消除流道背部涡流，优化后的道靠近流道出口处有个“瓶颈”，在出口前约0.2D处的直径设为140 mm，小于流道出口直径154.5 mm，见图7.3) 为避免流道背部发生空化，将流道背部曲线的斜率减小50%，见图8.3.2.2 进水流道优化前后参数对比用优化后的流道替代原流道，保持推进器的喷泵不变，进行数值计算，在设计航速90 km/h时，通过喷水推进器的流量从201 kg/s增加到205 kg/s，喷水推进器的推力效率由原来的54.3%提高到59.9%，流道效率由原来的83.9%提高到89.6%，喷泵效率由75%提高到76.9%.图9为流道内部流线图.由图9可见，优化后流道背的涡流和流动分离已基本消除，流动状态有了较大改善.3.3 第二级导叶的优化3.3.1 第二级导叶几何形状的优化保持第二级导叶出口面积不变、轴线投影长度不变和导流锥不变，多次优化第二级导叶形状，得到一个较为理想的第二级导叶(见图10b)).第二级导叶外壳改为旋转体，为消除第二级导叶内的周向速度，将第二级导叶内导流格栅延伸至锥体.3.3.2 第二级导优化后性能的变化用优化后的第二级导叶替换原第二级导叶，保持喷泵和进水流道不变，在设计航速时，喷水推进器的推力效率由54.3%提高到55.8%，喷泵效率由75.0%提高到76.7%，喷口出流的不均匀度下降了4.6%、单位时间内周向动能下降了10.6%. 3.4 优化后喷水推进器性能的CFD分析采用与前文相似的计算控制域进行推进器推力性能的数值计算，叶轮和导叶采用六面体网格，流道和控制水域采用四面体网格，在流道内壁、控制域上表面以及格栅和叶轮轴的表面采用棱柱层网格，第一层网格厚度为0.2 mm，对流动剧烈的部位网格进行加密，全计算域网格数约360万，节点数约210万，y+控制在200以下，采用剪切应力湍流模型(SST模型),进口设为速度，出口设为opening.用优化后的流道与第二级导叶同时替换原喷泵的流道和第二级导叶，在设计航速90 km/h时，喷水推进器的推力效率提高了7%，流道效率提高了5.7%，喷泵效率提高了3.3%，流道出口不均匀度降低了0.2%，喷口出流不均匀度降低了7.3%，单位时间内喷口出流周向动能降低了17%.图11为推进器内部对比图.喷水推进器经过优化，内部流线平顺，流道背部的涡流基本消除.图12为流道中剖面压力分布对比图.由图12可见，经过优化，喷水推进器流道背部的低压区和流道唇部的低压区基本消除，流道中剖面上压力分布更加均匀，流道的抗空化性能得到提高.从图13可以看出，优化后第二级导叶内部流线更加平顺，底部的涡流也基本消除.1) 文中通过对流道和第二级导叶的优化，提高了流道效率、喷泵效率、喷水推进器的推力效率，降低了喷水推进器的出流不均匀度和周向动能，消除了流道背部和第二级导叶底部的涡流.2) 前端矩形后端椭圆形的进水口能比原不规则的进水口能更好地利用来流动能；适当的减小流道的过流面积，不会降低流道的过流能力；“瓶颈”形流道能够较好地消除流道背部的涡流，改善流道的流动性能；减小流道背部曲率，能让水流更平缓的进入流道，能避免流道背部压力过低；导叶内导流格栅能够有效地降低导叶出流的周向速度.*海军“十二五”预研项目资助【相关文献】[1]刘承江,王永生,张志宏，等.喷水推进器推力的CFD计算方法研究[J]. 计算力学学报，2008,25(6): 928-929.[2]丁江明,王永生.喷水推进器进水流道参数化设计方法 [J]. 哈尔滨工程大学学报,2011,32(4): 424-428.[3]孙存楼，王永生，丁江明.喷水推进器推力的动量计算法[J] 武汉理工大学学报：交通科学与工程版，2006, 30 (6): 1099-1101.[4]van ESCH B P M，BULTEN N W H. Numerical and experimental investigation of hydrodynamic forces due to non-uniform suction flow to a mixed-flow pump [C].2005 ASME Fluids Engineering Division Summer Meeting and Exhibition，Houston, TX,USA:2005：1-7.[5]LAVIS D R,FORSTELL B G,PURNELL J G. Advanced compact waterjet propulsion for high-speed ships [C]. 9th International Marine Design Conference 2006，Ann Arbor, MI: 2006:22-41.[6]VAN T. The specialist committee on validation of waterjet test procedure[R]. UK: 24 th ITTC, 2005.[7]VERBEEK R, BULTEN N. Interpretation of model scale test results with aid of CFD calculations [C]. Royal institution of Naval Architects. International Conference on Waterjet Propulsion III，Sweden: RINA, 2001:350-358.[8]DELANEY K，DONNELLY M，EBERT M，et al．Use of RANS for waterjet analysis of a high-speed sealift concept vessel [C]. First International Symposium on Marine Propulsors,Trondheim，Norway：SMP'09， 2009:408-415.[9]DING JIANGMING，WANG YONGSHENG. Research on flow loss of inlet duct of marine waterjets[J]. Journal of Shanghai Jiaotong University(Science)，2010，15(2)：158-162. [10]BULTEN N W H. Numerical analysis of a waterjet propulsion system[D].Eindhoven：Eindhoven University，2006.[11]刘承江、王永生.混流式喷水推进器空化性能数值分析[J]. 机械工程学报,2009,45(12)：80-82.。

对影响喷水推进器水动力性能的若干因素的探讨

对影响喷水推进器水动力性能的若干因素的探讨摘要：随着现代船舶制造行业科技水平的不断提升，对船舶的速度性能和隐声性能等方面提出了更高的要求。

喷水推进器是船舶制造行业中的一个非常重要的设备，其自身有效率高、振动小和噪声低等一系列的优点，日益受到专业人员的重视。

对喷水推进器水动力性能的若干影响因素进行研究是改进其某些参数进而提高工作效率的重要方面，也是对其工作性能进行改良的原理基础。

关键词：喷水推进器；水动力性能；影响因素一直以来喷水器推进器的研究主要依靠实验手段，但是受到实验模型、实验条件、实验方法等因素的限制，其实验效果不大理想，难以满足实际生产的需要。

基于此，数值模拟的方法就受到了广泛的欢迎，一方面它的实验条件简单、易于控制，费用低，实验结果比较可靠，另一方面它能够弥补理论研究和实验研究在复杂流动条件下的缺点。

现在数值模拟的数学基础是粘性流理论，这也成为在船舶推进系统中比较复杂的几何和物理性质条件下进行精确求解的重要方法。

1.湍流流动的数学表示喷水推进器在正常运转时，其高速旋转的叶轮会导致流体状态的变化，当其表征状态的雷诺数超过临界值时，就会引发非稳态条件下的湍流，这是一种比较复杂的水流状态，在数学表示上，必须基于一定的假设采用数学模型的形式来满足方程组封闭的条件，把难以确定的值转化为低阶的可以确定的数值。

采用Reynolds时均方程方法来研究喷水推进过程中激发的湍流。

为了表示出流动变量，将其转化成时均值和脉动值代数和的形式：u= +u′，v= +v′，ω= +ω′，p= +p′为了表示出时均连续方程和雷诺方程，我们在其中引入了张量的指标形式：其中，脉动值的乘积项被称为雷诺应力，由于它的存在，加大了动量方程解算的难度，在处理时我们采用涡粘流体模型不直接对其进行处理，通过引入涡粘系数的间接方式，将湍流应力表达成湍流粘度的数学函数，从而建立雷诺应力和平均速度梯度之间的数学模型。

2.数值模拟的参数设置在进行数值模拟的时候，网格的划分是一个非常重要的因素，网格划分质量的好坏对数值模拟的成功具有重要的影响。

叶片数对喷水推进器性能影响的计算流体动力学分析

泵匹配特性线上一个设计工况点和五个非设计工况点在给定泵转速和航速下对应的功率和推4叶片数变化对性能的影响并与设计单位提供的精确设计值进行比较即将cfd计算推力和功率值与相同转速和航速下41只改变叶轮叶片数时对性能的影响船泵匹配曲线查得推力和功率值进行比该船喷水推进泵叶轮为6叶叶片导叶体为11较归一化处理后如图78所示
本文利用基于有限体积法的计算流体力学程序来求解 RANS 方程。选择切应力输运(Shear stress transport, SST)模式来对湍流进行模拟，其结合了
图 1 喷水推进器数值流场控制体
224
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
机械工程学报
第 45 卷第 6 期期
(1. College of Ship and Power Engineering, Naval University of Engineering, Wuhan 430033; 2. College of Science, Naval University of Engineering, Wuhan 430033)
设计具有优良性能泵的关键问题在于对泵水动力性能的深入理解和准确预测，这就需要对泵内部叶片通道间流场有清晰的了解。计算流体动力学 (Computational fluid dynamics, CFD)已越来越多地应用于旋转机械中固定的和旋转的叶片通道间流场性能的研究。MINER[6]用 CFD 手段分析了双级混流泵单级叶轮和导叶体内流场特性并与试验测量数据进行了比较，HU 等[7]使用单叶片通道、全叶轮通道是否加上导叶体和轴等模型对喷水推进泵叶轮和喷口流场进行了 CFD 计算，估算了叶轮的制动转矩，两者均论述了 CFD 方法能够用于准确预报喷水推进泵的性能，包括推力分布。

基于CFD的喷水推进器进水管道流场分析

基于CFD的喷水推进器进水管道流场分析熊高涵;高慧【摘要】喷水推进器的效率主要有两个指标:水泵的推进效率和系统的损失效率.若想获得高效率的喷水推进器,必须要综合考虑两者,在两者之间找到一个平衡点.本文通过对喷水推进器进行进水管内的数值模拟,研究IVR(船速与进水速度比)对流场的影响.【期刊名称】《河南科技》【年(卷),期】2018(000)005【总页数】3页(P77-79)【关键词】喷水推进;进水管;流场数值模拟【作者】熊高涵;高慧【作者单位】江苏科技大学苏州理工学院,江苏苏州215600;江苏科技大学苏州理工学院,江苏苏州215600【正文语种】中文【中图分类】U664.341 数值模型喷水推进器进水流道中的流场为湍流，因而其质量、组分等运输量都不是保持不变的。

本文之所以选取雷诺平均的处理方式，主要是因为想要模拟的真正流场对电脑性能要求超出了实际情况，所以最终选取了此方法。

瞬时场可以拆分为时均场和脉动场之和，具体为：式中：为瞬时速度矢量分量，为时均速度矢量分量，为脉动速度矢量分量；ϕ为瞬时压力、流量等标量为时均标量，ϕ′为脉动标量。

经过雷诺平均以后，得到N-S 方程为：式中：ρ为密度，∂为扩散系数。

针对这样的N-S方程需要，如果不对-进行处理，则方程组很难封闭。

采用Boussinesq假定：这是在各项非异性的假设基础上获取的，μt的处理有许多办法，本文选用k-ε计算模型，通过两个方程：附加能量k附加方程、湍流耗散率ε附加方程来解决此类问题。

分别如下：式中，ρ为密度，μt为湍流黏性系数。

在标准k-ε模型中，C1ε、C2ε、Cμ、σk和σz按照通常情况为常系数：C1z=1.44，C2z=1.92，Cμ=0.09，σk=1.0，σz=1.3。

在k-ε方程中，Ck是因为速度梯度而发生的湍流动能，能够由式（8）得出：Gb表示由重力加速度引起的湍流动能，能够由式（9）得出：式（9）中，gi是g在i方向上的重力加速度的分值；Pr t为动能普朗特数，Pr t=0.85；β 为热传递系数［1-5］。

船舶推进器的流体动力学特性研究

船舶推进器的流体动力学特性研究船舶推进器是航海过程中不可或缺的组成部分，其流体动力学特性研究对于提高船舶性能至关重要。

本文将探讨船舶推进器的流体动力学特性及其研究方式，并分析其对船舶性能的影响。

1. 流体动力学基础流体动力学是研究流体运动和力学性质的学科。

船舶推进器的流体动力学特性研究主要涉及流体力学、湍流运动、气固两相流等领域。

流体力学研究了流体的运动规律和相关衡量指标，如流速、流压等；湍流运动研究了流体中复杂的涡旋和湍流能量传递；气固两相流研究了流体与固体颗粒的运动关系。

2. 推进器的类型与结构船舶推进器按照推进方式可以分为螺旋桨、喷水推进器、风帆等。

其中，螺旋桨是最常见的推进器，它由螺旋桨叶片和转轴构成，通过叶片受到流体冲击产生推进力。

喷水推进器通过高速喷水产生反作用力推动船只前进，具有较高的敏捷性和加速性能。

风帆则利用风力推进船只，可降低能源消耗。

3. 推进器的水动力性能研究推进器的水动力性能研究是对其水动力学特性的定性和定量分析。

该研究通过实验、数值模拟和理论分析等方式进行。

实验方法包括模型试验和全尺寸试验，通过测量推进器叶片周围的流速和压力来计算推进效率和推进力。

数值模拟则运用计算流体力学（CFD）方法，通过建立数值模型进行流场仿真和力学分析。

理论分析方法则从数学方程和物理原理出发，推导推进器的水动力学性质。

4. 推进器与船舶性能的关系推进器的流体动力学特性直接影响船舶的性能，包括速度、操纵性、燃油消耗等方面。

推进器的选型和设计应根据船舶的航行条件和任务进行优化。

例如，在高速航行条件下，喷水推进器的敏捷性优势体现出来，而节能环保型推进器则适用于长途船舶。

推进器的水动力性能研究可为推进器的优化设计和船舶性能提升提供科学依据。

5. 推进器研究的进展和挑战与船舶和推进器技术的不断发展相比，对推进器的流体动力学特性研究还有待进一步完善。

目前，推进器研究主要集中在螺旋桨和喷水推进器的水动力性能和噪声特性研究上。

制造超差对喷水推进器水动力性能影响的CFD分析

．
’国防 “ 一五” 研项目资助（准号：００００）十预批４１１６２
第２期
丁江明，制造超差对喷水推进器水动力性能影响的ＣＤ分析等：Ｆ
・２７・２
推进系统流体动力性能的影响．对导叶体尺寸正常的喷水推进系统在设计工
预报误差为２６％．．６由此认为，上述预报喷水推进
３）从制造超差对喷水推进器流体动力性能
的影响程度来看，水推进器制造过程尺寸超差喷的控制应着重应放在叶轮，次是导叶体和其他其
部件．
参考文献
响，厂只能将这一导叶体作待报废件处理，工带来
了较大的经济损失．
为了评估这一制造超差对喷水推进器水力性
能的影响，对导叶体正常尺寸时和存在制造超差时这２情况下的喷水推进器性能进行了ＣＤ种Ｆ
收稿日期：０９１－９２０－Ｉ２
船底区域的几何建模除了需要船体尾部线型
数据外，需合理设定该流场域在长度口宽度ｂ还、
和深度ｃ３个方向的尺寸，图２所示．研如经
丁江明（９６：士，师，要研究领域为船舶喷水推进１７一）博讲主
能时，几何建模、网格划分以及数值计算等各个环节应综合考虑，以保证既能达到较高的预报精度，又能使计算时间最少和计算机硬件要求最低．

喷嘴结构对流场性能影响的研究

器中液体分布装置最为关键，分布形式直接影响其
中，文研究的海水淡化喷嘴就是喷嘴式分布器中本
的一种。参阅文献［ —８并综合考虑了实验和模拟两种６］
水平管管外液体的分布和流动。液体分布装置包括
修改，观察不同的喷嘴出口扩散角和出口直径对以喷嘴流场的影响。
作者简介：庆刚（９９）邱］６．男，宁大连市．教授，士。辽副博
基金项目：中央高校基本科研业务费专项资金资助
速度；为体积力；ＦＰ为流体密度，为液相体积分Ｆ
数，一１（一厂）２ “ 一ｆｎ＋（一－）１０＋１Ｉ，ｕＤ１厂一下标１
和２表示气相和液相；，ｉＪ为张量符号。针对大空间旋转射流特征，用ｒａｚｂｅｋ应ｅｌａｌ —ｅｉ
模拟结果与实验数据进行了对比，两者吻合良好。对喷嘴出口扩散角和出口直径等结构参数进行了比较分析，出得
结论：嘴出口扩散角越大，淋液锥角度也越大，出口扩散角度并不是越大越好，际应用中存在一个最优值；喷喷但实
所研究的海水淡化离心式喷嘴包括侧面入口管
十组压力数据并取平均值）改变流量大小以测量多，

喷水推进器的智能化控制与自适应性能研究

喷水推进器的智能化控制与自适应性能研究引言：随着科技的进步与日益增长的需求，喷水推进器作为船只、潜水艇和水下探测器的重要推动装置，其智能化控制以及自适应性能的研究已经成为一个热门领域。

喷水推进器的智能化控制与自适应性能的研究旨在提高推进器的效率和控制系统的稳定性，以实现船只的安全导航、潜水艇的精确操控和水下探测器的高灵敏度。

1. 智能化控制技术在喷水推进器中的应用智能化控制技术在喷水推进器中的应用可以大大提高推进器的效率和控制系统的稳定性。

通过利用先进的传感器技术和智能控制算法，可以实时监测并优化推进器的工作状态，从而实现最佳的推力和节能效果。

智能化控制技术还能够实现推进器和其他船舶系统的智能化联动，提高整个系统的集成水平和性能。

2. 自适应性能对喷水推进器的影响自适应性能是指喷水推进器在不同工况下自动调整控制参数以适应环境变化的能力。

自适应性能的优化可以提高喷水推进器在不同水域、不同航速和载重条件下的推进效果和稳定性。

通过采用自适应控制算法和智能调节器，喷水推进器可以根据实时反馈信息调整控制输入，使其在复杂的水下环境中保持较高的效率和灵敏度。

3. 喷水推进器智能化控制与自适应性能的研究方法在喷水推进器的智能化控制与自适应性能研究中，通常采用模型预测控制和神经网络控制等方法。

模型预测控制利用数学模型来预测推进器的动态响应，并根据预测结果进行控制决策，以优化控制效果。

神经网络控制则通过训练神经网络来学习推进器的非线性关系，以实现精确的控制和自适应性能。

4. 喷水推进器智能化控制与自适应性能的关键问题喷水推进器的智能化控制与自适应性能研究中存在一些关键问题需要解决。

首先，如何准确地建立喷水推进器的数学模型，以实现模型预测控制的准确性和稳定性。

其次，如何选择合适的传感器和控制算法，以实现喷水推进器的智能化控制和自适应性能的优化。

最后，如何在实际应用中进行系统集成和验证，以确保喷水推进器的智能化控制和自适应性能的可行性和可靠性。

CFD在船舶喷水推进器设计与性能分析中的应用

图２为某双级轴流式喷水推进泵．ＣＦＤ计算网格划分具体情况如下：叶轮和导叶体分成单流道进行网格划分然后再合在一起，叶轮和导叶体主流区域分别采用Ｊ形网格和Ｈ形网格，叶片周围生成０形网格，而在叶轮叶顶间隙中采用独立的Ｈ形网格嵌入周围的０形网格中，叶顶间隙生成４层网格．图３为双级轴流泵表面网格示意图．
ｆ砭ｄＡ
１
ＪＡ１
。
ｆ口２谚’ ｙ，ｄＡ
（５）
。
ＪＡｌ
ｆ职ｄＡ
。
＾
１
ＪＡ．
ｐ一谚‘ ｆｖ，ｄＡ
（６）
Ｊ
Ａ１。
Ｆｉｇ．７
图７进流口不意图Ｓｋｅｔｃｈｏｆｗａｔｅｒｊｅｔｉｎｌｅｔｆｌｏｗ
根据不同进流管道形状求取口、口需要考虑船底边界层厚度对进流速度分布的影响，边界层厚度、进流速度分布一般利用平板二维粘性边界层理论计算．水流进流宽度ｗ通常比进口宽度Ｂ大５０～１００％［７］，进流横截面形状一般用半椭圆形描述．由经验系数计算出喷水推进器内部的各项损失即可得到推力与扬程，进而求得功率．理论方法求取推力和扬程需要一定的假设与简化，且进流形状的数学表达式不能适应低速到高速整个范围进流的实际情况．２．２．２ＣＦＤ方法
图６为该双级轴流式喷水推进泵第１级、２级导叶把推力和推进泵所需扬程的表达式简化为［６］
出流面的速度分布．从图中可以看出，两级导叶的出Ｔ＝艘（Ⅵ～口Ｅ），
（３）
万方数据
第５期
孙存楼，等：ＣＦＤ在船舶喷水推进器设计与性能分析中的应用
·４４７·
Ｈ一｝＋ｈ，一半．
（４）
ｚｇ
ｚｇ
式中：ｐ为水的密度，Ｑ为流量，Ⅵ为喷口速度，Ｋ为
Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｆｌｕｉｄｄｙｎａｍｉｃｓｆｏｒｍａｒｉｎｅｗａｔｅｒｊｅｔｄｅｓｉｇｎ

1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

第１４卷第１０期
２１００年１０月
文章编号：１０ — ２４（００１ — １ — ５０７７９２１）０１７０１
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
船舶力学
ＪｕｎｌｏｈｐＭｅｈｎｃｏｒａｆＳｉｃａｉｓ
Ｖｏ．４１１Ｎｏ１．０
中图分类号：Ｕ６４３６．４文献标识码：Ａ
Ｒｅｅｒｈｎｅｅｔｏｆｅｅｔｆｏｃｎｔｏｏｕｅｓａｃｏｆｃｆｄｉｆｒｎｗｏｒｌｖｌｍｌ
ｏｔｒｅｆｒｎｅｐｅｉｔｎｎｗａｅｊｔｒｏｍａｃｒｄｃｉｅｐｏ
ＥｇｅｒｇＷｕａ３０３Ｃｉａｎｉｅｉ，ｈｎ４０３，ｈｎ）ｎｎ
ＡｓａｔＩｒｅｒｄｃｔｅｐｒｒｎｅｏａｒｔｘｃｌａｄｓｎａｄｏｆｄｓｎｗｒｏｄｔｎ，ｂｔｃ：ｎｏｄｒｏｐｅｉｅｏｍａｃｆｔｊａｔｔｅｉｎｆｅｉｏｋｃｎｉｏｓｒｔｔｈｆｗｅｅｅｙｇ－ｇｉ
ｉｂｅｍｅｏｎｕｅｃｌｄ１ｔｅｅｆｃｏｏｏｔｌｏｍｎｗｔｊｔｅｆｍｎｅｗｓａａｙｅｔｌａｔｄａｄｎｍｒａｍｏｅ．ｈｆｔｆｌｗｃｎｒｌｅｏａｅｅｐｒｒａｃａｎｌｚｄｈｉｅｆｏｖｕｒｏ
ｂｏａｎｇｓｍｕｌｔｏｅｕｔｆｄｆｅｅｔｆｗｏｔｏｏｕｍｅ．Ｆｉｓｌ．ｔｏｃｎｔｏｏｕｏｅｙｃｍｐｒｉｉａｉｎｒｓｌｓｏｉｆｒｎｏｃｎｒｌｖｌｌｓｒｔｙｈｅｆｗｏｒｌｖｌｍｅｆｒｄ — ｌｓｇｒｏｉｉｎｗａｏｆｒｄ．ａｄｔｅｈｎｌｓｓａｄｄｓｕｓｉｎｏｏｃｎｒｌｖｌｍｅｆｒｏｆｅｉｎｗｏｋｃｎｄｔｏｓｃｎｉｍｅｎｈｎｔｅａａｙｉｎｉｃｓｏｆｆｗｏｔｏｏｕｆ－ｄ．ｌｏｓｇｏｄｉｏｓｗｅｅｐｏｅｓｄＴｈｅｒｓｌｓｓｏｔｔｔｅｅｆｃｆｆｏｃｎｒ１ｖｌｉｎｃｎｔｎｒｒｃｓｅ．ｅｕｔｈｗｈａｈｆｅｔｏｗｏｔｏｏｕｍｅｏｅｉｎｗｏｋｃｎｉｌｎｄｓｇｒｏ－ｄｔｏｅｏａｃｓｂｇｅｈｎｔｔｏｆ－ｄｓｇｏｉｉｎｓｐｒｏｍａｃ，ｎｄｆｏｃｎｒｌｖｌｍｅｆｒｉｉｎｐｒｒｎｅｉｉｇｒｔａｈａｎｏｆｍｅｉｎｃｎｄｔｏｅｒｎｅａｗｏｔｏｏｕｆｌｏｄｓｇｒｏｄｔｏｓｂｇｅｈｎｔａｆｏｆｅｉｎｃｎｔｏｓｅｉｎｗｏｋｃｎｉｉｎｉｉｇｒｔａｈｔｏｆ－ｄｓｇｏｄｉｎ．ｉ
ＬＵｈｎｉｎＷＡＮＧＹｎ－ｈｎＺＩＣｅｇａｇ，ｏｇｓｅｇ，ＨＡＮＧＺｉｈｎＬＵｕｂｎｈ－ｏｇ，ＩＪ — ｉ（．ｏｅｅｆａａＡｃｉｃｒａｄＰｗｒｂＣｌｇｆｃｎｅＮｖｌｎｅｓｙｏａＣｌｇｖｌｒｈｅｔｅｎｏｅ；．ｏｌｅｏｉｃ，ａａＵｉｒｉｆｌｏＮｔｕｅＳｅｖｔ
０ｃ．２Ｏｔ０１
流场控制体对喷水推进器性能预报影响的研究
刘承江，王永生，张志宏ｂ，刘巨斌
（１海军工程大学ａ船舶与动力学院；ｂ理学院，武汉４０３）．．３０３
摘要：准确预报喷水推进器设计工况与非设计工况的水动力性能，用ＣＤ方法对喷水推进器性能预报所需为采Ｆ流场控制体进行了研究。验证计算方法和数值模型可信的基础上，过对比不同流场控制体的计算结果，析在通分了流场控制体对喷水推进器性能预报的影响。首先，定了设计工况下流场控制体的大小；后，非设计工况确然对下流场控制体的选取进行了分析讨论。结果表明，设计工况下流场控制体的大小对喷水推进器性能预报的影非响比设计工况大，而且非设计工况下所需流场控制体要大于设计工况时的情况。关键词：船舶；水推进；场控制体；算流体力学（Ｆ）喷流计ＣＤ
ｔｅｒｓａｃｎｔｅｅｆｃｆｆｏｃｎｒｌｖｌｍｅｗａｏｄｃｅｙｔｅＣＦｍｅｈｏＢａｅｎｔｅｃｅ — ｈｅｅｒｈｏｈｆｅｔｏｗｏｔｏｏｕｓｃｎｕｔｄｂｈＤｔｄ．ｓｄｏｈｒｄｌ