張明宇,王永生,靳栓寶,魏應(yīng)三,付建

(海軍工程大學(xué)動(dòng)力工程學(xué)院, 430033, 武漢)

噴水推進(jìn)泵壓力脈動(dòng)特性數(shù)值計(jì)算及分析

張明宇,王永生,靳栓寶,魏應(yīng)三,付建

(海軍工程大學(xué)動(dòng)力工程學(xué)院, 430033, 武漢)

針對(duì)噴水推進(jìn)器裝船后不均勻來流對(duì)壓力脈動(dòng)特性的影響,以某巡邏艇噴水推進(jìn)混流泵為研究對(duì)象,基于RANS方程和SST湍流模型,通過流體動(dòng)力學(xué)軟件CFX穩(wěn)態(tài)計(jì)算,進(jìn)行了巡邏艇航速數(shù)值預(yù)報(bào),所得計(jì)算值與試航值誤差為1.8%,從而驗(yàn)證了計(jì)算流體動(dòng)力數(shù)值計(jì)算的可信性。采用分離渦模擬方法,對(duì)敞水泵和裝船泵進(jìn)行了三維非定常數(shù)值模擬,計(jì)算分析了葉輪進(jìn)出口、葉輪內(nèi)部、導(dǎo)葉內(nèi)部及噴口5個(gè)截面和葉輪葉頂間隙處的壓力脈動(dòng),并對(duì)不均勻來流帶來的差別進(jìn)行了研究。結(jié)果表明:在敞水泵和船后泵的葉輪出口、導(dǎo)葉內(nèi)部,水流距葉輪越遠(yuǎn),壓力脈動(dòng)影響越小,壓力脈動(dòng)頻率取決于葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)頻率,壓力脈動(dòng)幅值沿輪轂到輪緣逐漸增大,船后泵壓力脈動(dòng)幅值整體高于敞水泵;對(duì)于均勻來流,敞水泵旋轉(zhuǎn)域葉輪室的壓力脈動(dòng)頻率主要受導(dǎo)葉的影響,船后泵則受軸頻的影響,二者壓力脈動(dòng)幅值在葉頂間隙處均從葉頂沿導(dǎo)邊到隨邊逐漸增大;對(duì)于敞水泵,流道出口壓力脈動(dòng)頻率主要受葉頻控制,對(duì)于船后泵,壓力脈動(dòng)頻率為軸頻。

噴水推進(jìn)泵;計(jì)算流體動(dòng)力學(xué);壓力脈動(dòng);分離渦模擬

隨著艦船綜合性能的提高,噴水推進(jìn)在高性能艦船、快艇上的應(yīng)用越來越廣泛。作為噴水推進(jìn)器核心部件的噴水推進(jìn)泵(簡(jiǎn)稱噴泵)的設(shè)計(jì)便顯得尤為重要,壓力脈動(dòng)特性研究可在保證噴泵水力效率的情況下有效縮減過激的泵體振動(dòng)及其引起的局部空化,更是降噪研究的基礎(chǔ)和前提。出于艦船的隱身性,研究噴泵內(nèi)部非定常流場(chǎng)壓力脈動(dòng)特性具有重要的意義。

轉(zhuǎn)動(dòng)葉輪和靜止導(dǎo)葉之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)、葉片導(dǎo)邊的水流沖擊、葉片隨邊的脫流、局部空化等都會(huì)引起噴泵出現(xiàn)壓力脈動(dòng)[1]。本文的研究對(duì)象噴泵為混流泵,以往泵內(nèi)壓力脈動(dòng)的研究通常是試驗(yàn)研究,其周期長(zhǎng)、成本高,對(duì)于所發(fā)現(xiàn)的非定常特性缺乏量化指標(biāo)。隨著計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(CFD)的逐步完善,國(guó)內(nèi)外學(xué)者通過數(shù)值模擬的方法對(duì)泵內(nèi)三維非定常流場(chǎng)進(jìn)行了探索。Solis等通過改變?nèi)~輪形狀和徑向尺寸、采用SST湍流模型探索了減小壓力脈動(dòng)對(duì)離心泵的影響[2]。Cheah等采用k-ε雙方程湍流模型對(duì)蝸殼內(nèi)的脈動(dòng)特性進(jìn)行了模擬[3]。Zobeiri等對(duì)泵內(nèi)轉(zhuǎn)子-定子的動(dòng)靜干涉進(jìn)行了數(shù)值模擬和分析[4]。Furukawa等基于葉表面奇點(diǎn)法對(duì)離心葉輪進(jìn)行了無黏流場(chǎng)分析[5]。王春林等用大渦模擬研究了高比轉(zhuǎn)數(shù)混流泵非定常流場(chǎng)的壓力脈動(dòng)特性[6]。施衛(wèi)東等采用k-ε雙方程湍流模型研究了采樣頻率和時(shí)間對(duì)軸流泵壓力脈動(dòng)特性的影響[7]。常書平基于RANS方程和SST湍流模型對(duì)噴水推進(jìn)器內(nèi)非定常流場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬[8]。靳栓寶對(duì)比分析了時(shí)間步長(zhǎng)取葉輪旋轉(zhuǎn)3°、2°、1°所需時(shí)間對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)壓力的影響[9]。

本文對(duì)某噴泵在敞水、船后兩種情況下進(jìn)行了脈動(dòng)特性分析,探索了船后不均勻來流對(duì)脈動(dòng)的影響。本文設(shè)置了6組監(jiān)測(cè)點(diǎn),其中在葉輪葉頂間隙內(nèi)設(shè)置了4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn),以分析葉頂間隙處壓力脈動(dòng)特征,而在葉輪中間徑向設(shè)置了6個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn),旨在為噴泵的噪聲控制提供有價(jià)值的參考。

1 計(jì)算模型和監(jiān)控點(diǎn)分布

研究對(duì)象為比轉(zhuǎn)數(shù)等于445的混流泵,葉輪葉片數(shù)為4,導(dǎo)葉數(shù)為7,泵直徑為265mm,葉頂間隙為0.3 mm。為方便分析,將流道出口(泵進(jìn)口)從輪緣到輪轂的監(jiān)測(cè)點(diǎn)依次命名為D1,D2,…,D6,同理葉輪監(jiān)測(cè)點(diǎn)依次為R1,R2,…,R6,葉輪出口監(jiān)測(cè)點(diǎn)依次為RS1,RS2,…,RS6,導(dǎo)葉體監(jiān)測(cè)點(diǎn)依次為S1,S2,…,S6,噴口監(jiān)測(cè)點(diǎn)依次為N1,N2,…,N6,葉頂間隙從葉輪進(jìn)口到出口依次為JX1,JX2,…,JX4,如圖1所示。

+:監(jiān)測(cè)點(diǎn)

2 數(shù)值模擬

本文采用工程上應(yīng)用廣泛的雷諾時(shí)均法進(jìn)行CFD計(jì)算。首先選取SST湍流模型來封閉控制方程,對(duì)裝船泵內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行穩(wěn)態(tài)數(shù)值模擬。SST模型在近壁面區(qū)域調(diào)用k-ε模型模擬,收斂性好,而在湍流充分發(fā)展區(qū)域調(diào)用k-ω模型模擬,計(jì)算效率高[10]。在驗(yàn)證數(shù)值計(jì)算的可信性之后,采用分離渦(DES)法[11]對(duì)敞水泵和船后泵進(jìn)行三維非定常計(jì)算,求解其壓力脈動(dòng)特性。

2.1 網(wǎng)格情況

采用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格進(jìn)行網(wǎng)格劃分:中葉輪網(wǎng)格數(shù)為106萬,導(dǎo)葉體網(wǎng)格數(shù)為102萬,由turbogrid劃分;噴口網(wǎng)格數(shù)為24萬,流道和計(jì)算域網(wǎng)格數(shù)為286萬,由ICEM中劃分;計(jì)算域的長(zhǎng)、寬、高分別為泵直徑的30、10、8倍,網(wǎng)格總數(shù)為518萬。網(wǎng)格劃分情況如圖2所示。

(a)泵和噴口 (b)流道和計(jì)算域

網(wǎng)格邊界層均為0.1 mm,后處理Y+最大值為92,滿足計(jì)算要求。

2.2 域的設(shè)置和邊界條件

計(jì)算域包括噴口、導(dǎo)葉、葉輪和流道,其中僅有葉輪為旋轉(zhuǎn)域。設(shè)進(jìn)口為速度進(jìn)口,開口為壓力開口,相對(duì)靜壓值為0,出口為壓力出口,相對(duì)壓力值為0。除了3個(gè)交界面以外,其余部分均設(shè)置為壁面,葉輪葉片與輪轂為相對(duì)靜止壁面,其他為絕對(duì)靜止壁面。邊界條件如圖3所示。

圖3 邊界條件示意圖

2.3 初始條件及時(shí)間步長(zhǎng)

泵的設(shè)計(jì)工況為2 400 r/min,穩(wěn)態(tài)步長(zhǎng)為30/(nπ)=0.004 s,n為轉(zhuǎn)速。瞬態(tài)計(jì)算以穩(wěn)態(tài)結(jié)果為初始值。采樣頻率越高,所得數(shù)據(jù)的時(shí)間分辨率越高,采樣頻率過低,脈動(dòng)幅值可能被低估[7]。結(jié)合以上情況,本文時(shí)間步長(zhǎng)為每旋轉(zhuǎn)1°所需的時(shí)間,為1/(6n)=69.4 μs,共用時(shí)0.15s。

3 裝船泵穩(wěn)態(tài)驗(yàn)證

根據(jù)廠方提供船體阻力曲線,對(duì)不同轉(zhuǎn)速下的噴水推進(jìn)器提供的凈推力進(jìn)行了計(jì)算,并將凈推力曲線與船體阻力曲線疊加后通過兩曲線的交點(diǎn)來預(yù)報(bào)航速,結(jié)果如表1和圖4所示。

表1 2 400 r/min下噴水推進(jìn)器凈推力

圖4 航速的數(shù)值模擬結(jié)果

由圖4可知,在交點(diǎn)處凈推力與船體阻力相等,此時(shí)泵工況為2 400 r/min,來流速度為78 km/h,泵功率為247.3 kW。由于廠商船體試航值為76.6 km/h,所以模擬誤差為1.8%,說明本研究所用數(shù)學(xué)模型和計(jì)算方法基本可信。

4 敞水泵與船后泵流道出口不均勻度

流道出口不均勻度是導(dǎo)致敞水泵和船后泵壓力脈動(dòng)的主要原因。進(jìn)水流道出口速度不均勻度[12]

(a)敞水泵 (b)船后泵

5 敞水泵壓力脈動(dòng)特性計(jì)算與分析

暫不考慮裝船泵進(jìn)水流道壓力脈動(dòng)的影響,對(duì)敞水泵各截面進(jìn)行了壓力脈動(dòng)特性分析。對(duì)敞水泵進(jìn)行三維非定常模擬時(shí),以直管取代裝船流道,直管同樣采用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格進(jìn)行離散,進(jìn)口處設(shè)置為流量進(jìn)口,該流量值從船后泵在2 400 r/min、78 km/h工況中的流道出口提取,為634.9 kg/s。其他設(shè)置及監(jiān)測(cè)點(diǎn)與船后泵完全相同,同樣是先計(jì)算穩(wěn)態(tài),再以穩(wěn)態(tài)為初始條件計(jì)算瞬態(tài)。敞水泵模型及邊界設(shè)置如圖6所示。

圖6 敞水泵模型及邊界設(shè)置

5.1 敞水泵壓力脈動(dòng)幅值分析

各截面監(jiān)測(cè)點(diǎn)壓力脈動(dòng)幅值如圖7所示。在敞水泵中來流均勻,葉輪內(nèi)部、葉輪出口、導(dǎo)葉內(nèi)部以葉輪葉片擾動(dòng)為主,從輪緣到輪轂壓力脈動(dòng)幅值逐漸減弱,壓力幅值從大到小依次為葉輪出口、流道出口、葉輪中、導(dǎo)葉內(nèi)部、噴口。噴口處水流經(jīng)導(dǎo)葉整流后距葉輪最遠(yuǎn),其受葉輪影響較小;葉頂間隙的4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)從葉頂沿導(dǎo)邊到隨邊的壓力幅值受葉片影響逐漸變大。

圖7 敞水泵監(jiān)測(cè)點(diǎn)壓力脈動(dòng)幅值直方圖

5.2 敞水泵監(jiān)測(cè)點(diǎn)時(shí)域圖分析

為方便顯示,本文間隔性地選取一些點(diǎn)進(jìn)行分析。如圖8a,由流道出口監(jiān)測(cè)點(diǎn)1、2、4顯示,流道出口處監(jiān)測(cè)一圈出現(xiàn)了4個(gè)明顯的小周期。這是由于來流均勻、脈動(dòng)與葉頻相符、周期性受葉片影響所致。脈動(dòng)幅值由輪緣到輪轂逐漸減小,說明靠近輪緣處受葉片影響較大。如圖8b,由于葉輪最外緣受葉片影響最大,所以通過對(duì)葉輪出口與導(dǎo)葉內(nèi)部最外緣監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn),在一個(gè)周期內(nèi)兩者也均有4個(gè)明顯的小周期,其幅值顯示,葉片旋轉(zhuǎn)頻率對(duì)壓力脈動(dòng)的影響在導(dǎo)葉區(qū)不如葉輪區(qū)[6]。本文研究表明,在葉輪葉頂間隙處,從泵進(jìn)口沿軸向,水流受葉輪影響逐漸增強(qiáng),因此選擇JX4和葉輪最外緣監(jiān)測(cè)點(diǎn)R1來顯示葉輪區(qū)域脈動(dòng)情況。如圖8c,監(jiān)測(cè)一圈在葉輪區(qū)域有7個(gè)明顯的小周期,與導(dǎo)葉數(shù)相同。這是因?yàn)槿~輪為旋轉(zhuǎn)域,水流與導(dǎo)葉沖擊的反作用形成了葉輪域壓力脈動(dòng)的時(shí)域特性,與物理現(xiàn)象相符。如圖8d,在噴口處,除監(jiān)測(cè)點(diǎn)6例外,脈動(dòng)壓力值從輪緣到輪轂呈下降趨勢(shì),這是噴口中心的旋渦引起的,雖然距離葉輪較遠(yuǎn),但整體波峰差值偏小,也有明顯的4個(gè)周期。

(a)流道出口處監(jiān)測(cè)點(diǎn)1、2、4

(b)導(dǎo)葉內(nèi)部和葉輪出口最外緣處監(jiān)測(cè)點(diǎn)

(c)葉頂間隙和葉輪內(nèi)部監(jiān)測(cè)點(diǎn)

(d)噴口處監(jiān)測(cè)點(diǎn)

5.3 敞水泵壓力脈動(dòng)頻域分析

根據(jù)三維瞬態(tài)輸出結(jié)果,采用傅里葉變換(FFT)對(duì)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行脈動(dòng)頻譜分析[13]。各組監(jiān)測(cè)點(diǎn)的壓力脈動(dòng)頻域圖如圖9所示。為方便顯示,取各組監(jiān)測(cè)點(diǎn)1、2、4、6,Fn為軸頻的倍數(shù)。葉輪葉片數(shù)為4,葉輪對(duì)水流的影響頻率及其諧波為軸頻的4倍(葉頻);導(dǎo)葉葉片數(shù)為7,導(dǎo)葉對(duì)水流的影響頻率及其諧波為軸頻的7倍。由圖9可知,在流道出口、葉輪出口、導(dǎo)葉內(nèi)部,壓力脈動(dòng)主頻率均為葉輪葉片頻率,即軸頻的4倍,且壓力脈動(dòng)幅值從輪緣到輪轂依次減小,而在導(dǎo)葉中各監(jiān)測(cè)點(diǎn)壓力脈動(dòng)幅值波動(dòng)范圍較小,下降趨勢(shì)減緩,這是導(dǎo)葉整流的結(jié)果。在葉輪旋轉(zhuǎn)域的葉頂間隙和葉輪中,每個(gè)旋轉(zhuǎn)周期內(nèi)7片導(dǎo)葉對(duì)水流的反作用被切割成7份,壓力脈動(dòng)主頻率為軸頻的7倍。葉頂間隙處從葉輪進(jìn)口到出口沿軸向壓力脈動(dòng)幅值增加,這是受葉片影響累積的結(jié)果,葉輪中沿徑向從輪緣到輪轂壓力脈動(dòng)幅值逐漸減小。在噴口處最大壓力脈動(dòng)頻域在1.4 kPa以下,由于導(dǎo)葉的消失、錐形輪轂引起的擾流等原因,所以規(guī)律性不明顯。

(a)流道出口

(b)葉頂間隙

(c)葉輪內(nèi)部

(d)葉輪出口

(e)導(dǎo)葉內(nèi)部

(f)噴口處

6 船后泵壓力脈動(dòng)特性計(jì)算與分析

斜底船船后泵計(jì)算模型與邊界條件見圖3。以2 400 r/min、78 km/h工況進(jìn)行瞬態(tài)計(jì)算,待穩(wěn)定后,取最后3圈輸出結(jié)果平均值來分析脈動(dòng)幅值走向,對(duì)各截面時(shí)域特性、頻域特性進(jìn)行直觀展示,探究其規(guī)律及物理意義。

6.1 船后泵壓力脈動(dòng)幅值分析

各監(jiān)測(cè)點(diǎn)壓力脈動(dòng)幅值如圖10所示,其中葉頂間隙只有4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

圖10 船后泵監(jiān)測(cè)點(diǎn)脈動(dòng)壓力幅值直方圖

由圖10可知,流道出口處因距離葉片導(dǎo)邊尚有一段距離,水流經(jīng)過了流道彎管和軸之后發(fā)生紊亂,但依然呈現(xiàn)規(guī)律性,即在流道出口處,從輪緣到輪轂壓力脈動(dòng)幅值逐漸增大,與敞水泵的情況相反。葉輪內(nèi)部、葉輪出口、導(dǎo)葉內(nèi)部以葉輪葉片擾動(dòng)為主,從輪緣到輪轂脈動(dòng)壓力幅值逐漸減小。整體幅值從大到小依次為葉輪出口、葉輪、導(dǎo)葉內(nèi)部。噴口處距葉輪最遠(yuǎn),受葉輪影響較小,水流經(jīng)導(dǎo)葉整流后的壓力幅值僅有微弱變化;葉頂間隙的4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn),從葉頂沿導(dǎo)邊到隨邊的累積壓力脈動(dòng)幅值受葉片影響逐漸增大;船后泵整體壓力脈動(dòng)幅值走向與敞水泵一致。

6.2 監(jiān)測(cè)點(diǎn)壓力脈動(dòng)時(shí)域特性分析

由于流道出口距離葉片導(dǎo)邊尚有一段距離,受葉輪影響微弱,流道彎管和軸引起的擾流掩蓋了葉輪對(duì)來流的反作用,所以在監(jiān)測(cè)一圈后各監(jiān)測(cè)點(diǎn)壓力脈動(dòng)變化沒有規(guī)律性可尋,這與敞水泵均勻來流下呈現(xiàn)4個(gè)小周期存在明顯差異,且在同一監(jiān)測(cè)點(diǎn)船后泵壓力脈動(dòng)幅值明顯大于敞水泵。該結(jié)果同樣表現(xiàn)在旋轉(zhuǎn)域的葉輪中,由于葉輪設(shè)置為旋轉(zhuǎn)域,葉輪中和葉頂間隙處監(jiān)測(cè)一圈為一個(gè)周期,一圈內(nèi)流道和軸引起的擾流掩蓋了葉輪的影響,所以一圈監(jiān)測(cè)點(diǎn)壓力脈動(dòng)變化沒有規(guī)律性。葉輪出口和導(dǎo)葉內(nèi)部最外緣監(jiān)測(cè)點(diǎn)壓力脈動(dòng)時(shí)域圖如圖11所示。

圖11 葉輪出口和導(dǎo)葉內(nèi)部最外緣監(jiān)測(cè)點(diǎn)壓力脈動(dòng)時(shí)域圖

由圖11可見,在葉輪出口與導(dǎo)葉中,葉輪引起的擾流起主導(dǎo)作用,監(jiān)測(cè)一圈出現(xiàn)了4個(gè)明顯的小周期,與葉頻相符,相比葉輪出口處監(jiān)測(cè)點(diǎn)RS1,導(dǎo)葉中4個(gè)小周期的波峰相差較小,說明葉片旋轉(zhuǎn)頻率對(duì)壓力脈動(dòng)的影響在導(dǎo)葉區(qū)不如葉輪區(qū),該結(jié)果與敞水泵一致。噴口監(jiān)測(cè)點(diǎn)壓力脈動(dòng)時(shí)域圖如圖12所示。

圖12 噴口監(jiān)測(cè)點(diǎn)壓力脈動(dòng)時(shí)域圖

由圖12可見,噴口監(jiān)測(cè)點(diǎn)壓力脈動(dòng)呈現(xiàn)出4個(gè)小周期,但此時(shí)受葉片的影響很小,波峰差值很小,且壓力峰值從輪緣到輪轂依次遞減。結(jié)合以上葉輪出口和導(dǎo)葉分析可知,距葉輪越遠(yuǎn),受葉輪影響越小。

6.3 監(jiān)測(cè)點(diǎn)壓力脈動(dòng)頻域特性分析

為方便與敞水泵對(duì)比,仍取各組監(jiān)測(cè)點(diǎn)1、2、4、6進(jìn)行分析。各組監(jiān)測(cè)點(diǎn)壓力脈動(dòng)頻域特性如圖13所示。由圖13可見,與裸泵相比,監(jiān)測(cè)一圈內(nèi),流道出口以流道彎管和軸引起的擾流為主,流道和軸對(duì)水流的影響頻率為軸頻,而敞水泵則因?yàn)閬砹骶鶆?脈動(dòng)頻率主要為葉頻。由圖13b、13c可見,葉輪旋轉(zhuǎn)域頻率及其諧波為軸頻,這是不均勻來流掩蓋了導(dǎo)葉對(duì)水流反作用的結(jié)果,與敞水泵有明顯的不同。在葉輪出口、導(dǎo)葉內(nèi)部和噴口,水流脈動(dòng)主要受葉輪的影響,葉輪對(duì)水流的影響頻率及其諧波為葉頻,與敞水泵相似,只是因?yàn)槭艿讲痪鶆騺砹饔绊?。船后泵的壓力脈動(dòng)幅值上大于敞水泵。

(a)流道出口

(b)葉頂間隙

(c)葉輪內(nèi)部

(d)葉輪出口

(e)導(dǎo)葉內(nèi)部

(f)噴口

7 結(jié) 論

采用分離渦方法對(duì)噴泵在敞水和船后的內(nèi)部壓力脈動(dòng)進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算和對(duì)比,得出以下結(jié)論。

(1)流道出口距離葉片導(dǎo)邊尚有一段距離,船后泵中水流經(jīng)過流道彎管和軸之后產(chǎn)生紊亂,但依然具有規(guī)律性,即在流道出口,從輪緣到輪轂的壓力脈動(dòng)幅值逐漸增大,該結(jié)果與敞水泵相反。

(2)葉輪出口和導(dǎo)葉內(nèi)部的壓力脈動(dòng)主頻以葉頻為主,壓力脈動(dòng)幅值從輪緣到輪轂逐漸減小。

(3)旋轉(zhuǎn)域葉輪在均勻來流的敞水泵中的壓力脈動(dòng)頻率以導(dǎo)葉對(duì)水流反作用頻率為主,即為7倍軸頻。壓力脈動(dòng)幅值從輪緣到輪轂逐漸減小,減小幅度減緩;船后泵中,來流紊亂,壓力脈動(dòng)頻率為軸頻。葉頂間隙,從葉頂沿導(dǎo)邊至隨邊累積壓力脈動(dòng)幅值受葉片影響逐漸增大。

(4)噴口處,敞水泵和船后泵的壓力脈動(dòng)幅值都很微弱,從殼體到軸心呈下降趨勢(shì),監(jiān)測(cè)點(diǎn)6突然增大,這是輪轂消失引起的旋渦所致。噴口處壓力脈動(dòng)頻率均為葉頻。

(5)對(duì)比分析顯示,壓力脈動(dòng)主要受葉輪的影響,從葉輪出口到噴口各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的壓力脈動(dòng)幅值逐漸減小,說明隨著流體遠(yuǎn)離葉輪,葉輪對(duì)壓力脈動(dòng)的影響逐漸減小。

(6)相同的監(jiān)測(cè)位置,船后泵脈動(dòng)壓力幅值總體比敞水泵大。

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(編輯 苗凌)

NumericalAnalysisforPressureFluctuationofWaterjetPump

ZHANG Mingyu,WANG Yongsheng,JIN Shuanbao,WEI Yingsan,FU Jian

(College of Marine Power Engineering, Naval University of Engineering, Wuhan 430033, China)

For ununiform inflow to impeller due to hull and duct, the dynamic characteristics of waterjet pump (mixed-flow pump) in patrol craft are numerically analyzed.The steady flow is simulated by SST turbulence model based on RANS and the calculated speed of ship from CFD exceeds the trial voyage by 1.8%.The unsteady flow of bare pump and the same pump fixed on craft is simulated by CFD method for DES turbulence.The pressure fluctuation of impeller inlet, impeller blade channels, impeller outlet, guide vane channels, nozzle and tip of impeller is supervised and discussed, and the difference caused by the ununiformity is also analyzed.The results show that on the impeller outlet, guide vane channels and the nozzle of both bare pump and fixed pump, the farther the flow to the impeller the weaker the pressure pulsation effects.The pressure fluctuation frequency is mainly dominated by the impeller rotation frequency, and the pressure fluctuation amplitude gradually increases from hub to tip, however, the corresponding amplitude is lager in pump fixed on craft.In the revolver impeller, the pressure fluctuation frequency is mainly dominated by the guide vanes reaction in bare pump while by shaft frequency in pump fixed on craft.The pressure fluctuation amplitude in the tip gradually increases along the axis from the leading edge to the trailing edge.In the duct outlet, the pressure fluctuation frequency is mainly dominated by the impeller rotation frequency in bare pump while by shaft frequency in pump fixed on craft.

waterjet pump; computational fluid dynamics; pressure fluctuation; detached-eddy simulation

2014-02-18。

張明宇(1989—),男,碩士生;王永生(通信作者),男,教授。

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51309229)。

時(shí)間:2014-09-01

10.7652/xjtuxb201411009

TH313

:A

:0253-987X(2014)11-0051-07

網(wǎng)絡(luò)出版地址:http:∥www.cnki.net/kcms/detail/61.1069.T.20140901.1009.007.html