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喷水推进面的二维参数

[ 时间:2018-06-14 来源:http://www.kenflor.com 作者:佛山肯富来水泵厂 点击: ]

进水流道是喷水推进泵把水流引入泵进口的过流通道,进水流道的水力设计是指根据给定的流场要求,确定流场出流均匀程度好、内部流场不出现流动分离现象、抗空泡的能力好,管内流动能量损失最小的流道形状。在我国,喷水推进系统的进水流道设计采用常规方法,凭实际经验,佛山肯富来水泵厂对设计出的进水流道进行实验验证。常规流道的设计方法从进水流道的设计,模型制作,到实验验证等环节,设计周期长,研究费用高,不利于不同推进泵与进水流道的匹配。常用的实验验证方法有风洞PIV实验、空泡水洞实验等。随着CFD技术的发展,各种计算流体动力学商业软件在喷水推进器的设计与研究中得到了非常广泛的应用。二维喷水推进器进水流道由水平直管段、圆弧弯管段、倾斜直管段、进水流道和船体过渡段及驱动叶轮轴5个部分组成,二维进水流道组成如图1所示。

图1:进水流道组成图

进水流道组成图

图中,喷水推进器进水流道出口处的水平直管段是连接圆弧弯管段和叶轮之间的过渡进流段,其直径的大小由喷水推进泵的进口直径决定,它的作用是提高推进泵进口来流的均匀度,减小叶轮脉动的可能性。进水流道圆弧弯管段的作用是改变流道内水流的流动方向,它由2段同心圆弧构成,2段同心圆弧分别与水平直管段和斜流直管段相切连接,通过控制圆弧的半径和圆弧的中心角的大小来改变圆弧弯管段的弧长和弯曲程度。斜流直管段能很好的利用来流的动能,倾斜直管段的2段直线分别与进水流道圆弧弯管段的2段圆弧相切,它保证了进水流道在高度或长度产生较大变化时由其过渡,它由2段平行但长度不等的直线段构成。流道与船体过渡段由唇部和斜坡两部分组成,它是进水流道中最复杂的区域,唇部和斜坡这两部分对推进系统的流体动力学特性影响很大,进水口的形状和位置对来流动能的利用程度影响很大,因此它们是进水流道设计中的重点和难点。

 

设计优选流体动力学特性最优的喷水推进器进水流道,需要确定控制进水流道的各个几何参数。佛山肯富来水泵厂在对进水口优选之前先采用平进口进水流道,进水口形状采用能很好利用来流动能的椭圆形进水口和矩形进水口的综合体,二维进水流道采用参数来描述其造型。

 

参数D控制进水流道出流口的直径即推进泵进口直径;

参数L为控制进水流道的纵向总长;

参数H为控制进水流道出流口的高度即流道出口中心线距离流道进口平面的垂直高度;

参数1L为控制进水流道出口水平直管段的长度;

参数2L为控制进水流道倾斜直管段上壁面的长度即进水流道弯管段和进水口与船体过渡段之间的直管上沿长度;

 

在这些参数中,LHD是控制进水流道的整体轮廓,进水流道的长度和高度受船艉布置空间狭小的限制,佛山肯富来水泵的进口直径直接决定了进水流道的出流口直径,这些参数的范围是在船舶详细设计过程中预留的。在宏观参数给出后,通过改变其余参数可达到对进水流道设计的重点部位(唇角、斜坡、进水口等)进行灵活的控制。进水流道与船体过渡区域的唇部和斜坡是对流道的流动分离现象、局部空化汽蚀现象及流动能量损失等流动性能影响卓著,是进水流道设计的关键,唇部与斜坡这2段曲线可用样条曲线(spline)、贝塞尔曲线(beziercurve)、高阶多项式曲线(highorderpolynomialcurve)、圆弧(arc)、椭圆弧(ellipticarc)等方法构建,每种方法各有优缺点。

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