《噴水推進泵葉頂間隙空化瞬變流動結構及演變機理》是依託武漢大學，由季斌擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：噴水推進泵葉頂間隙空化瞬變流動結構及演變機理
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：季斌
- 依託單位：武漢大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
噴水推進泵葉頂間隙區空化流動結構包含著諸多複雜流動現象，其演變規律和機理的認識和把握對改善噴水推進泵水動力乃至空化性能有著根本性的影響。本課題採用模型實驗、數值模擬和理論分析相結合的方法，以揭示噴水推進泵葉頂間隙空化瞬變流動結構及演變機理為目標，擬開展以下研究內容：設計可考慮不同間隙影響的三維水翼，開展多工況的葉頂間隙區漩渦空化機理試驗；構建基於速度高階Taylor展開的動態SGS模型，發展適合於漩渦空化的高精度模擬方法；開展噴水推進泵的模型試驗和數值模擬研究，分析間隙區的漩渦空化流動及演化，闡述噴水推進泵內各類漩渦空化類型、空化形態與壓力脈動之間的關係，揭示漩渦與空化相互作用的規律和物理機制；開展噴水推進泵內渦動力學診斷分析，建立空化漩渦演化與巨觀水動力學特性的本質關聯性。研究成果可為增強我國船舶推進技術水平和解決水力機械學科的關鍵科學問題提供技術支撐，具有重要的學術價值和工程套用價值。
結題摘要
噴水推進泵葉頂間隙流動涉及梢渦、泄露渦以及邊界層流動等多種流動問題，而且其常常與空化相伴而生，流動機理十分複雜，因此研究噴水推進泵葉頂間隙空化瞬變流動結構及演變機理對現代高速船舶設計及安全平穩運行具有重要的參考價值，同時也豐富了空化水動力學的理論體系，具有重要的科學意義和廣闊的套用前景。本研究重點以三維水翼和M1704型噴水推進泵為研究對象，開展了相關的機理實驗、數值模擬及理論分析。揭示了壁面邊界層對三維水翼間隙渦空化的影響規律及具體作用機制，在此基礎上提出了一種凸緣-溝槽複合式葉頂間隙泄露渦空化抑制方法，為工程中控制該問題提供了新的手段；發現了間隙渦空化流動中特有的氣核富集現象，並通過理論分析定量地評估了氣核在梢渦空化過程中的影響，並提出了一種考慮氣核效應的歐拉-拉格朗日耦合空化模型，顯著改善了間隙渦空化模擬的精度；系統地闡述了間隙空化的初生、發展、潰滅等過程的演變規律，深入分析了間隙渦空化中空化與漩渦及湍流的相互作用機制，揭示了渦空化內部渦量逐漸減小的原因，發現湍動能的擴散項是渦空化內部高湍動能的原因；提出了一套噴水推進泵葉頂間隙空化模擬方法，詳細闡述了間隙空化在不同時刻的時空演變規律以及渦與空化相互作用機制，並初步建立了噴水推進泵渦量流診斷方法，為噴水推進泵間隙空化的控制和水力性能的改善提供理論基礎。相關的研究成果已在中國船舶工業集團708研究所噴水推進泵的最佳化設計中得到套用，有力的推動我國高速艦船空化減振降噪技術的研究。
