[发明专利]一种喷水推进器启动过程的自吸性能预测方法

说明书

本发明涉及一种喷水推进器启动过程的自吸性能预测方法，属于船舶工业和流体机械技术领域，特别是属于喷水推进领域。本发明基于流体力学基本方程，通过建立喷水推进器几何模型，同时建立相应的流场区域，对喷水推进器进水流道、喷口和车底水域模型进行网格划分，并检查网格无关性，然后进行预测参数设置，最后输出不同水线高度或者不同启动时间条件下喷水推进器流场信息，能够得出喷水推进器正常启动的最低水线高度。本发明能揭示喷水推进器启动过程中气、汽和液三相的演变规律，预测喷水推进器正常启动的最低水线高度，为喷水推进器启动提供参考，节省实验的成本和时间。

技术领域

本发明涉及一种喷水推进器启动过程的自吸性能预测方法，属于船舶工业和流体机械技 术领域，特别是属于喷水推进领域。

背景技术

喷水推进器是一种由进水流道、推进泵、喷口等过流部件组成的推进装置，利用喷出高 速水流的反作用力产生推力，具有推进效率高、抗空泡性能强、振动噪声低和传动机构简单 等优点，被广泛应用于船舶、两栖车辆和水下机器人。目前，基于设计工况对喷水推进器设 计方法、推进性能和优化设计等方面的研究已较为成熟，而关于喷水推进器启动过程中的水 动力性能以及自吸性能的案例较少。

两栖车辆是一种采用喷水推进装置且兼顾陆上和水上航行的特殊车辆，在两栖车辆由陆 地驶向水面的过程中，涉及到喷水推进器的启动过程，但是由于两栖车辆在浅滩地带的吃水 较小，无法保证启动过程中喷水推进器内部充满水流，需要通过推进泵的旋转将水流由车底 抽吸至充满流道并排出气体，同时喷水推进器内部也可能发生空化现象，也就意味着，在启 动过程中流道内是气-汽-液三相共存的状态，这一过程存在明显的瞬态特性，并伴随着水力 激振、冲击负载、空化破坏和振动噪声等负面影响，影响喷水推进器的正常运行。因此喷水 推进器启动自吸过程的瞬态特性是两栖车辆推进领域急需解决的关键问题。

上世纪末以来，随着计算机设备的发展和计算技术的进步，计算流体力学的发展进一步 推动了喷水推进器启动自吸过程的研究。同时，高速两栖车辆的快速发展要求喷水推进器需 要以尽可能短的时间完成启动以及获得更大的推力，这使得喷水推进器具有更高的效率和功 率密度，并且在启动过程中尽可能快的完全排出气体和抑制空泡的产生。由于两栖车辆喷水 推进器启动自吸实验的成本高、危险系数大、操作难度大，使得实验的可行性低，所以数值 计算成为研究喷水推进器启动自吸问题的主要方法。

目前，常规的喷水推进器数值计算中，没有考虑气体相，缺少气-液两相之间的相互作用， 使得无法获得自吸过程中气相的变化趋势，因此，对于喷水推进器启动自吸问题，有必要发 展和完善考虑气相的自吸性能预测方法。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有喷水推进器数值计算没有考虑气相的不足，不能满足喷水 推进器启动自吸问题的研究，本发明公开的一种喷水推进器启动过程的自吸性能预测方法， 能揭示喷水推进器启动过程中气、汽和液三相的演变规律，得到喷水推进器启动过程流量、 扬程、功率、效率和推力等参数的动态变化，并预测喷水推进器正常启动的最低水线高度。 本发明能够应用于船舶工业和流体机械技术领域，特别是属于喷水推进领域。

一种喷水推进器启动过程的自吸性能预测方法，包括以下步骤：

1、一种喷水推进器启动过程的自吸性能预测方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一：喷水推进器模型包括进水流道、叶轮、导叶和喷口，还包括车底水域；根据流 量、扬程参数生成喷水推进泵的叶轮和导叶模型，用三维建模软件生成喷水推进器进水流道、 喷口和车底水域模型，最终实现喷水推进器模型的建立；

步骤二：将步骤一的喷水推进器进水流道、喷口和车底水域模型进行结构化网格划分， 划分网格是为了离散流动的区域，将步骤一得到的喷水推进泵的叶轮和导叶模型导入涡轮叶 栅通道网格划分软件完成对叶轮和导叶区域的结构化网格划分，最终实现喷水推进器模型网 格划分；

步骤三：在步骤一和二的喷水推进器模型和网格中，建立计算流体力学模型如下：