论文部分内容阅读
本文从对旋轴流泵的设计理论、CFD(计算流体动力学)分析及试验等方面做了大量的探索性研究，对于对旋轴流泵的特性有了较全面而崭新的认识。旋轴流泵是一种新型轴流泵。它的一个叶轮单元由互为反向旋转的前置叶轮与后置叶轮组成，与普通轴流泵相比具有扬程高、运行高效区宽、体积小、空化性能好及消除小流量驼峰曲线等特点。对旋轴流泵作为动力装置应用于喷水推进系统，在系统空间和其它几何参数基本不变的条件下，可以大幅度提高主体推力和推进速度，可应用于远洋货轮、水陆两栖战车等重要场合。文中的研究在国内是首次的，取得的主要研究成果如下：
1.在轴流叶栅基本设计理论的基础上，提出了“上翘形”对旋级叶片设计流型，并利用对旋基元级联合速度三角形，建立了对旋轴流泵的水力设计理论。前置叶轮与后置叶轮的转速比采用稍小于1的设计方法，达到了提高后置叶轮扬程与效率的目的。根据设计实例，文中提出叶片联合优化设计方案及单叶片“密集型”翼型设计方法，并利用拟合和混成等方法，得到三维叶片虚拟实体，更加快捷准确地为数控加工及快速成形等制造方法提供了数据库。
2.应用标准κ-ε湍流模型和SIMPLEC算法，在多种工况下完成了对旋轴流泵全流道三维定常湍流场的数值计算和静态特性预测，形成了理论设计与数值计算相互迭代的研究方法，大大提高了新泵的设计成功率。
3.应用重整化群κ-ε湍流模型和时间推进法，完成了对旋轴流泵全流道三维非定常湍流场的数值计算和动态特性预测，给出了全流道及“动/动”干涉面全周期内的可视化流场，直观地认识了流场的内部细节及动态干涉情况，为改善流动状态和优化设计提供了依据。应用快速傅立叶变换方法，对全流道流场的不同监测点进行压力脉动分析，获得了压力脉动频谱图及波形图。
4.从前置叶轮与后置叶轮的轴向间距、变频调速和叶片安放角等方面进行了整泵水力与空化特性试验，并选择部分工况进行了振动与噪音测量。确定了后置叶轮翼型中弦长的45％～55％为最优轴向间距范围，得到了对旋轴流泵样机最优工况点的特性数据。在设计工况下，泵的设计性能、CFD预测性能与试验结果误差小于3％，设计理论与数值计算方法都获得了较为满意的验证。