基于叶梢小翼的泵喷推进器梢隙涡控制方法数值研究

doi:10.19423/j.cnki.31-1561/u.2023.06.094

船舶 ›› 2023, Vol. 34 ›› Issue (06): 94-101.DOI: 10.19423/j.cnki.31-1561/u.2023.06.094

基于叶梢小翼的泵喷推进器梢隙涡控制方法数值研究

夏林生¹, 付敏飞¹, 张春泽^2,3,*

1.中国舰船研究设计中心武汉 430064;
2.重庆交通大学西南水运工程科学研究所重庆 400016;
3.重庆交通大学水利水运工程教育部重点实验室重庆 400074

收稿日期:2023-10-22 修回日期:2023-11-09 出版日期:2023-12-25 发布日期:2023-12-28
通讯作者: 张春泽（1987-）,男,博士,副教授。研究方向：计算流体力学。
作者简介:夏林生（1988-）,男,博士,高级工程师。研究方向：舰船总体设计。付敏飞（1983-）,男,硕士,高级工程师。研究方向：舰船总体设计。
基金资助:
基础产品创新科研项目（QT1451-038027）

Numerical Investigation of Tip Leakage Vortex Control Method for Pump-Jet Propulsor Based on Tip-Winglet

XIA Linsheng¹, FU Minfei¹, ZHANG Chunze^2,3,*

1. China Ship Development and Design Center, Wuhan 430064, China;
2. Chongqing Southwest Water Transport Engineering Research Institute, Chongqing Jiaotong University, Chongqing 400016, China;
3. Key Laboratory of Inland Waterway Regulation Engineering of Ministry of Communications, Chongqing Jiaotong University, Chongqing 400074, China

Received:2023-10-22 Revised:2023-11-09 Online:2023-12-25 Published:2023-12-28

摘要/Abstract

摘要： 泵喷推进器转子叶片梢涡不仅会降低推进器空化性能,而且会引起较大的梢隙压力脉动和非定常激励力,从而降低推进器声学性能。因此,泵喷梢隙涡控制是提升推进器声学性能的有效途径。该文针对某前置定子泵喷推进器,提出基于叶梢翼的梢涡控制措施,并利用高精度数值仿真方法对比分析了抑制梢涡前后的泵喷推进器推进性能、流场结构、压力脉动等特性。研究结果表明：基于叶梢翼的转子梢涡控制方法可显著抑制泵喷梢涡发展和叶梢间隙压力脉动,并且对推进器的水动力性能影响较小,可为泵喷推进器声学优化提供参考。

关键词: 泵喷推进器, 叶梢涡, 控制方法, 数值仿真, 压力脉动

Abstract: The tip-leakage vortex of the rotor blade for a pump-jet propulsor not only reduces the cavitation performance of the propulsor, but also causes significant tip leakage pressure pulsation and unsteady excitation force, thereby reducing the acoustic performance of the propulsor. Therefore, pump-jet tip-leakage vortex control is an effective way to improve the acoustic performance of the propulsor. A tip-vortex control method based on the tip-winglet has been proposed for a pump-jet propulsor with pre-swirl stators. High-precision numerical simulation method is then used to compare and analyze the propulsion performance, flow field structure and pressure pulsation of the pump-jet propulsor before and after suppressing tip vortices. The results show that the rotor tip vortex control method based on the tip-winglet can significantly suppress the development of the pump-jet tip vortices and the pressure pulsation in tip clearance, however, it has little impact on the hydrodynamic performance of the propulsor. It can provide references for the acoustic optimization of the pump-jet propulsor.

Key words: pump-jet propulsor, tip vortex, control method, numerical simulation, pressure pulsation

中图分类号:

U664.34

夏林生, 付敏飞, 张春泽. 基于叶梢小翼的泵喷推进器梢隙涡控制方法数值研究[J]. 船舶, 2023, 34(06): 94-101.

XIA Linsheng, FU Minfei, ZHANG Chunze. Numerical Investigation of Tip Leakage Vortex Control Method for Pump-Jet Propulsor Based on Tip-Winglet[J]. Ship & Boat, 2023, 34(06): 94-101.

参考文献

[1] 袁建平,王子路,王龙滟, 等.泵喷推进器推进性能及噪声研究综述[J].舰船科学技术, 2022(6):1-7.
[2] 杨春,郭春雨,孙聪, 等.泵喷推进器间隙流场尺度效应数值研究[J/OL].上海交通大学学报:1-20[2023-10-22]. https://doi.org/10.16183/j.cnki.jsjtu.2023.147.
[3] 韩蕊林, 余海廷, 华宏星, 等. 泵喷推进器间隙流动控制技术试验研究[J]. 中国舰船研究, 2023(1): 141-151.
[4] 孙大鹏,叶金铭,史宝雍.基于大涡模拟的泵喷推进器梢隙流场特性研究[J].舰船科学技术, 2022(6):95-101.
[5] YU H T, ZHANG Z G, HUA H X.Numerical investigation of tip clearance effects on propulsion performance and pressure fluctuation of a pump-jet propulsor[J]. Ocean Engineering, 2019(15):1-13.
[6] QIN D H, PAN G A, HUANG Q G, et al.Numerical investigation of different tip clearances effect on the hydrodynamic performance of pumpjet propulsor[J]. International Journal of Computational Methods, 2018(5):1850037.
[7] 李宁,张林根,王宗龙, 等.叶梢小翼宽度对泵壳脉动压力影响的数值分析[J].噪声与振动控制, 2014(5):34-37.
[8] 鹿麟,李强,高跃飞.不同叶顶间隙对泵喷推进器性能的影响[J].华中科技大学学报(自然科学版), 2017(8):110-114.
[9] 叶金铭,孙大鹏,吴原润, 等.转子梢部带圆环并嵌入导管内壁凹槽的泵喷推进器水动力性能研究[J].船舶力学, 2023(3):323-334.
[10] 汤王豪,王浩然,黄飞, 等.基于各向异性多孔介质模型的刷式密封无间隙泵喷推进器性能分析[J].振动与冲击, 2022(21):28-34, 44.
[11] 吴原润,叶金铭,孙大鹏, 等.改进型泵喷推进器梢涡控制及敞水性能研究[J].舰船科学技术, 2023(5):72-77.
[12] 叶金铭,孙大鹏,史宝雍. 基于矩形凹槽结构的泵喷推进器梢部流动控制效果研究[J]. 中国造船, 2021(3):70-84.
[13] LI H, PAN G, HUANG Q G.Transient analysis of the fluid flow on a pumpjet propulsor[J]. Ocean Engineering, 2019, 191:1-22.
[14] LI H, HUANG Q G, PAN G, et al.The transient prediction of a pre-swirl stator pump-jet propulsor and a comparative study of hybrid RANS/LES simulations on the wake vortices[J]. Ocean Engineering, 2020, 203:107224.
[15] 李晗,黄桥高,潘光, 等.泵喷推进器水动力及流场特性研究综述[J].力学学报, 2022(4):829-843.

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[1]	李晗, 黄桥高, 潘光, 李福正, 何幸. 导管对泵喷推进器艇后推进特性的影响[J]. 船舶, 2023, 34(06): 73-84.
[2]	杨明;牛璐;. 机组式脉冲电源的设计与控制方法[J]. 船舶, 2017, 28(04): 80-85.
[3]	李丽年;马磊;. “长青”号FPSO船控台系统并入中控系统研究[J]. 船舶, 2015, 26(02): 90-93.
[4]	张延昌;刘昆;王璞;王自力;. 半潜式钻井平台承载力极限状态设计[J]. 船舶, 2015, 26(02): 1-13.
[5]	王醍;张延昌;任慧龙;荆海东;林瞳;. 钻铤坠物冲击下的平台甲板塑性失效分析[J]. 船舶, 2014, 25(04): 27-37.
[6]	谢晓忠;陈林;李卓;田冠楠;. 船用齿轮箱结构噪声辐射特性研究[J]. 船舶, 2013, 24(05): 27-31.
[7]	张亮;史冬岩;张成;张桐鸣;高旭文;. 舰用主汽轮机汽缸振动特性研究[J]. 船舶, 2011, 22(06): 50-53.
[8]	史冬岩;张亮;张成;高旭文;张桐鸣;. 螺栓预紧力对舰用汽缸力学特性的影响研究[J]. 船舶, 2011, 22(04): 33-37.
[9]	许文辉;姚熊亮;杨博;蔡振璐;. 传统双层舷侧结构的碰撞数值仿真研究[J]. 船舶, 2010, 21(05): 18-22.
[10]	杨树涛;姚熊亮;张阿漫;王奂钧;. 碰撞载荷作用下加筋板架动响应分析研究[J]. 船舶, 2009, 20(05): 57-63.
[11]	王朝红;. 船舶动力装置双机并车控制方法分析研究[J]. 船舶, 2006, 17(03): 32-34.
[12]	沈伟升. 25000t化学品船货油泵变频驱动的谐波电压问题[J]. 船舶, 2004, 15(03): 33-36.