叶轮几何参数对螺旋混流式喷水推进泵推进特性的影响

摘要

本文基于动量定理在螺旋离心泵和混流泵设计理 论支撑下设计出一种新型推进泵—螺旋混流泵。通过改变叶片数、进口安放角和包角等几何参数进行不同叶轮型式的研究，确定推进泵特性及推 力特性更优且推力特性变化较为稳定的适合于水下航行器使用的螺旋混流泵叶轮型式。本文具体研究工作和结论如下： 通过已有模型数值模拟和推进泵动量定理进行螺旋混流泵水力参数确定，结合泵设计理论进行叶轮水力设计。运用 Solidworks 进行三维建模并采用 ANSYS ICEM CFD前处理软件进行网格划分。通过相似定律进行变转速时相应设计工况点流量确定，基于ANSYS CFX和CFX-POST软件进行泵内流特性定常流动数值模拟和径向力非定常流动数值模拟进行分析。 通过艇—泵一体系统与螺旋混流泵外特性对比，得出可近似运用裸泵代替艇—泵一体系统进行研究。改变叶轮叶片数、叶片轮缘进口角和包角进行变转速对应设计工况点的螺旋混流泵特性和推进特性分析，当其他叶轮几何参数保持不变时分别改变叶片数、叶片轮缘进口角和包角时叶片数Z=2、叶片轮缘进口角β1a=24o、叶片包角为360o分别为对应参数中螺旋混流泵效率相对较优的叶轮几何参数值。 在转速为1500r/min所对应设计工况点进行不同叶片数、叶片轮缘进口角和包角在叶片上的载荷分布和叶片工作面速度变化相关叶轮流道的内部流动特性分析。在非定常流动下进行转速为1500r/min 所对应设计工况点相关叶轮几何参数的径向力分析。确定叶片数Z=2、叶片轮缘进口角β1a=24o、叶片包角为330o分别为对应参数中径向力较小的叶轮几何参数值。 综合螺旋混流泵外特性、内流特性和径向力的分析，最终确定叶轮相关几何参数叶片数Z=2、叶片轮缘进口角β1a=24o、叶片包角为330o。并进行变转速对应设计工况下的径向力分析，同时进行了变转速时叶轮叶片所受压力载荷分布情况和叶片工作面速度变化情况，从流体内部流动对叶片做功影响来进行泵特性和径向力分析。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 课题名称及来源

1.2 课题研究背景及意义

1.3 泵喷推进技术的发展现状

1.4 研究内容

1.5 本章小结

第2章 螺旋混流泵设计参数确定及水力设计

2.1 泵喷推进器推力确定

2.2 螺旋混流泵水力参数确定

2.3 螺旋混流泵的水力设计

2.4 本章总结

第3章 螺旋混流泵建模和数值研究方法

3.1 Solidworks软件三维建模

3.2 数值分析方法

3.3ANSYSICEM CFD网格划分

3.4 网格无关性

3.5 本章小结

第4章 定常流动时叶轮几何参数对推进泵性能的影响

4.1 变转速对应设计点参数确定

4.2 艇-泵一体系统与裸泵外特性和推进特性对比

4.3 叶轮几何参数对螺旋混流泵特性和推进特性影响

4.4 本章小结

第5章 螺旋混流泵内流特性和径向力分析

5.1 叶轮叶片中间流线载荷和速度变化

5.2 叶轮径向力分析

5.3 变转速螺旋混流泵特性分析

5.4 本章总结

结论与展望

1. 总结与结论

2. 展望

参考文献

致谢

附录A 攻读硕士学位期间取得的科研成果