[发明专利]一种喷水推进器空泡流场获取方法

说明书

本发明公开了一种喷水推进器空泡流动数值计算方法，属于流体力学数值计算技术领域。步骤为建立考虑旋转效应的湍流模型，开展推进器单相流动计算；随后建立考虑旋转效应的空化模型，以单相流动计算结果为初值，进行喷水推进器空泡流动数值计算，最后获取空泡流场信息。本发明考虑汽、液多相流可压缩特性对湍流粘性系数的影响，同时考虑强旋转边界对空化相间质量传输的影响，采用湍流时间尺度来代替相变的弛豫时间尺度，将空泡流场模拟与流场结构信息相联系，进而数值计算结果更符合实际流场，预测精度更高。

技术领域

本发明涉及流体力数值计算技术领域，具体涉及一种喷水推进器空泡流场获取方法。

背景技术

喷水推进器凭借其优异的推进性能，被广泛应用于绝大多数的两栖车辆推进系统当中。我国63式水陆两栖坦克、05式两栖突击车、美国AAV7两栖突击车以及БТР-60П水陆装甲运输车均采用的是喷水推进器。喷水推进器是一种有别于螺旋桨推进器的反作用力推进器，其主要过流部件有进水流道、推进泵和喷口。进水流道的作用是将车底水流引流至推进泵入口；推进泵是喷水推进器的核心部件，包括叶轮和导叶两部分，常采用轴流泵或者混流泵，其中旋转叶轮是将发动机输出的旋转机械能转化为水流的能量，静止导叶的作用是消除水流周向速度，使得水流尽可能轴向流出；喷口位于推进泵下游，其作用是将水流的压能进一步转化为动能，使得水流高速喷出产生推力，此外喷口还具有矢量功能，可以实现两栖车辆的转向和倒车。

推进泵抗空化性能一直是其设计过程中重点考虑关注的问题。空化现象的产生会对喷水推进器产生很多不利影响，如加剧喷水推进装置振动和噪声、对其过流部件产生破坏、降低喷水推进器推力、减小推进效率等。随着计算机水平的迅速发展，数值模拟计算技术已逐渐成为喷水推进泵设计分析的重要手段。发明专利CN201710233065.4公布了一种离心泵空蚀数值预测方法，其工作过程为：步骤一：应用ANSYS-CFX求解离心泵内部定常空化场；步骤二：以定常结果作为初始值，加入空蚀预测模型，求解离心泵内部非定常空化场；步骤三：应用CFD-POST查看空蚀预测区域。上述计算方法虽然可开展空化流动数值模拟计算，但对于喷水推进泵而言，尚未考虑强烈旋转效应的影响，无法获取精确的推进泵空化流场信息，往往存在一定计算误差。

因此目前亟需一种考虑旋转效应的喷水推进泵空泡流动数值的确定方法。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种喷水推进器空泡流场获取方法，用于解决现有技术存在喷水推进泵空泡流动数值预测不够精确的问题，能够提高喷水推进泵空泡流动数值预测精度。

为达到上述目的，本发明的技术方案包括如下步骤：

步骤1、建立水域模块、进水流道模块、推进泵模块、喷口模块的三维模型，进水流道模块、推进泵模块和喷口模块组合为喷水推进器，喷水推进器与水域模块组合为流体计算域三维模型。

步骤2、通过网格生成软件划分水域模块、进水流道模块、推进泵模块、喷口模块的网格文件。

步骤3、将网格文件导入流体仿真软件进行组合为流体计算域，并设置计算边界条件和单相流体介质属性；建立流体计算域的流体力学模型，假设流体介质为连续性流体，且不考虑流体的可压缩性，流动过程中不涉及传热问题。

步骤4、建立考虑旋转效应修正的湍流模型，湍流模型采用SST CC湍流模型。

步骤5、获取流体计算域的单相流场数据。

步骤6、建立流体计算域的空泡流动计算流体力学模型，空泡流动计算流体力学模型采用均质流模型，均质流模型将汽、液两相混合物看作一种均匀介质，相间没有相对速度，流动参数取两相相应参数的加权平均；

步骤7、以步骤(5)所获取的单相流场数据作为初始值，进行流体计算域的空泡流动数值计算。

步骤8、基于流体计算域的空泡流动数值计算结果，获取推进泵外特性曲线和空化性能曲线等流场信息。