基于熵产理论的导管桨流动损失特性

摘要

[目的]为了准确定位导管桨在运行时流动损失发生的位置与损失大小,从能量角度对导管桨的流动损失特性进行分析。[方法]通过求解雷诺时均N-S方程并结合熵产理论,对导管桨在不同转速与进速条件下进行三维定常模拟研究,据此对导管桨进行加装毂帽鳍的优化改进。[结果]结果表明:在相同转速下,黏性耗散熵产值随进速的增大而增大,而湍流耗散熵产值随进速的增大而减小;在相同进速下,黏性耗散熵产值和湍流耗散熵产值均随转速的增大而显著上升;不同工况条件下的湍流耗散熵产的占比均大于黏性耗散熵产,导管桨的不可逆流动损失的主要原因在于湍流耗散;导管桨的流动损失区域主要位于导管后缘附近区域和桨毂后方,其中桨毂后方所形成的大范围的毂涡区正是流动损失的高位集中区。此外,改进后的导管桨能够显著改善桨尾部的涡流分布,降低由毂涡所引起的流动损失。[结论]研究揭示了导管桨运行时流动损失的特点,并准确定位了流动损失集中区,结果可为导管桨节能优化设计及流动损失识别分析提供新的思路。