混流泵启动过程瞬态空化特性数值模拟与试验研究
发布时间：2024-02-06 22:55
近年来,在军事装备领域,混流泵已被应用在我国海军潜艇的水下发射武器系统中。在武器发射过程中,混流泵一直处于加速状态,流量、扬程和转速等外特性参数和内部流场在短时间内均发生快速变化,引起十分强烈的瞬态流动现象,比如局部负压、发生空化等。而混流泵在启动过程中一但发生较严重的空化,将会诱导发射机组产生振动和噪声,对潜艇的生存造成严重威胁。本文以国家自然科学基金“混流泵加速流工况瞬态空化形态及其诱导水力振荡特性研究(51579118)”为依托,针对混流泵启动过程中的瞬态空化特性,以比转速ns=829的原型泵等比例缩放1.5倍得到的高比转速混流泵为研究对象,对混流泵启动过程中的瞬态空化特性进行了深入研究,相关研究成果可以为混流泵瞬态工作过程中发生空化时主动控制方法的寻找及相关设计优化提供理论依据,主要工作和取得的成果如下:(1)对混流泵进行了不同流量工况下的稳态数值模拟,获得了混流泵的扬程和效率曲线,发现混流泵在0.96Qopt工况点附近的效率达到最高,大约为77%。对混流泵进行了额定工况下的稳态空化特性的数值模拟,获得了混流泵额定工况下的空化特性曲线...
【文章页数】：95 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 水力机械空化问题数值计算方法
1.2.2 水泵内部流场空化特性国内外研究现状
1.2.3 水泵启动过程瞬态特性国内外研究现状
1.3 本文研究内容
第二章 混流泵无空化启动过程瞬态特性数值模拟
2.1 数值模拟理论
2.1.1 流体动力学控制方程
2.1.2 湍流模型
2.2 混流泵稳态特性定常数值计算
2.2.1 研究对象与三维建模
2.2.2 网格划分
2.2.3 边界条件与初始条件设置
2.2.4 网格无关性验证
2.2.5 稳态外特性预测结果
2.2.6 稳态内流场计算结果与分析
2.2.7 稳态外特性试验结果对比分析
2.3 混流泵无空化启动过程瞬态特性数值计算
2.3.1 启动过程瞬时扬程与瞬时角速度推导
2.3.2 启动过程数值模拟方法
2.3.3 启动过程数值模拟设置
2.3.4 启动过程瞬态扬程计算结果与分析
2.3.5 启动过程内流场计算结果与分析
2.4 本章小结
第三章 混流泵启动过程瞬态空化特性数值模拟
3.1 空化的机理及其危害
3.2 空化模型的选取
3.3 定常空化数值模拟
3.3.1 边界条件与初始条件设置
3.3.2 泵空化特性曲线
3.4 启动过程瞬态空化数值模拟设置
3.5 启动过程瞬态空化数值模拟结果与分析
3.5.1 启动过程中瞬态空化形态的时空演变过程
3.5.2 不同启动时间下叶轮流道内空泡体积分数分布
3.5.3 不同进口压力下叶轮流道内空泡体积分数分布
3.5.4 不同流量工况下叶轮流道内空泡体积分数分布
3.5.5 启动过程叶片表面空泡体积分数的分布特性
3.5.6 启动过程中叶片间空泡体积分数的分布特性
3.5.7 不同跨距处叶片间空泡体积分数分布
3.5.8 空化对启动过程中叶轮叶顶区流动特性的影响
3.5.9 空化对启动过程中叶轮叶片载荷分布特性的影响
3.6 本章小结
第四章 混流泵启动过程外特性与内部空化流场试验研究
4.1 试验目的和内容
4.1.1 试验目的
4.1.2 试验内容
4.2 试验台和测试系统
4.2.1 试验台
4.2.2 试验数据采集与控制系统
4.2.3 高速摄影内流测试系统
4.3 试验方法
4.3.1 稳态外特性试验方法
4.3.2 空化试验方法
4.3.3 启动过程外特性试验方法
4.3.4 高速摄影试验方法
4.4 试验结果与分析
4.4.1 稳态外特性试验结果与分析
4.4.2 空化试验结果与分析
4.4.3 启动过程外特性试验结果与分析
4.4.4 高速摄影试验结果与分析
4.5 试验误差分析
4.6 本章小结
第五章 总结与展望
5.1 研究总结
5.1.1 数值模拟
5.1.2 试验研究
5.2 工作展望
5.2.1 叶顶泄漏涡空化的主动控制方法
5.2.2 数值模拟方法的改进
5.2.3 试验研究
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间取得的科研成果和获奖情况
本文编号：3896332
【文章页数】：95 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 水力机械空化问题数值计算方法
1.2.2 水泵内部流场空化特性国内外研究现状
1.2.3 水泵启动过程瞬态特性国内外研究现状
1.3 本文研究内容
第二章 混流泵无空化启动过程瞬态特性数值模拟
2.1 数值模拟理论
2.1.1 流体动力学控制方程
2.1.2 湍流模型
2.2 混流泵稳态特性定常数值计算
2.2.1 研究对象与三维建模
2.2.2 网格划分
2.2.3 边界条件与初始条件设置
2.2.4 网格无关性验证
2.2.5 稳态外特性预测结果
2.2.6 稳态内流场计算结果与分析
2.2.7 稳态外特性试验结果对比分析
2.3 混流泵无空化启动过程瞬态特性数值计算
2.3.1 启动过程瞬时扬程与瞬时角速度推导
2.3.2 启动过程数值模拟方法
2.3.3 启动过程数值模拟设置
2.3.4 启动过程瞬态扬程计算结果与分析
2.3.5 启动过程内流场计算结果与分析
2.4 本章小结
第三章 混流泵启动过程瞬态空化特性数值模拟
3.1 空化的机理及其危害
3.2 空化模型的选取
3.3 定常空化数值模拟
3.3.1 边界条件与初始条件设置
3.3.2 泵空化特性曲线
3.4 启动过程瞬态空化数值模拟设置
3.5 启动过程瞬态空化数值模拟结果与分析
3.5.1 启动过程中瞬态空化形态的时空演变过程
3.5.2 不同启动时间下叶轮流道内空泡体积分数分布
3.5.3 不同进口压力下叶轮流道内空泡体积分数分布
3.5.4 不同流量工况下叶轮流道内空泡体积分数分布
3.5.5 启动过程叶片表面空泡体积分数的分布特性
3.5.6 启动过程中叶片间空泡体积分数的分布特性
3.5.7 不同跨距处叶片间空泡体积分数分布
3.5.8 空化对启动过程中叶轮叶顶区流动特性的影响
3.5.9 空化对启动过程中叶轮叶片载荷分布特性的影响
3.6 本章小结
第四章 混流泵启动过程外特性与内部空化流场试验研究
4.1 试验目的和内容
4.1.1 试验目的
4.1.2 试验内容
4.2 试验台和测试系统
4.2.1 试验台
4.2.2 试验数据采集与控制系统
4.2.3 高速摄影内流测试系统
4.3 试验方法
4.3.1 稳态外特性试验方法
4.3.2 空化试验方法
4.3.3 启动过程外特性试验方法
4.3.4 高速摄影试验方法
4.4 试验结果与分析
4.4.1 稳态外特性试验结果与分析
4.4.2 空化试验结果与分析
4.4.3 启动过程外特性试验结果与分析
4.4.4 高速摄影试验结果与分析
4.5 试验误差分析
4.6 本章小结
第五章 总结与展望
5.1 研究总结
5.1.1 数值模拟
5.1.2 试验研究
5.2 工作展望
5.2.1 叶顶泄漏涡空化的主动控制方法
5.2.2 数值模拟方法的改进
5.2.3 试验研究
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间取得的科研成果和获奖情况
本文编号：3896332
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/chuanbolw/3896332.html