基于速度矩分布的喷水推进泵反设计及抗汽蚀性能分析

马文昌,曹 辉,宋少雷

(1.海装沈阳军事代表局,辽宁 沈阳 110003)(2.海军驻上海江南造船(集团)有限责任公司军事代表室,上海 201913)

50年代初,提出了S1/S2流面的概念,此方法开始广泛应用于叶轮的设计和分析计算.基于平均S2流面的反问题设计方法主要有两种:给定速度矩vθr分布和给定轴面流速Wm分布[1].基于S2流面并给定vθr分布的反问题设计方法在离心式及混流式叶轮的设计中得到广泛的应用.给定沿流线的vθr分布,实际上就是给定了沿流线叶片上的负荷分布,从而可以控制叶片的空间形状.文献[2]提出过一种基于速度矩vθr分布离心式压缩机叶轮叶片的设计方法,文献[3]在给定载荷分布即vθr分布的情况下,用有限元法和积分法通过迭代求解考虑vθr分布影响的S2流面轴对称流场和叶片的骨面方程.文中基于S1/S2流面理论,给定初始轴面流道形状,以速度矩分布和厚度分布为已知条件,实现喷水推进泵的反问题设计,进行实体建模并对模型泵进行数值模拟分析,研究不同工况下喷水推进泵的压力分布、速度矢量、效率、扬程,汽蚀性等性能.

1 准三维反问题设计数学模型

由于喷水推进泵叶轮内部的流动非常复杂,叶片与水流之间相互作用相互影响,所以,准三维反问题设计方法是水泵叶轮设计较为合理的方法[4].用准三维方法描述叶轮运动规律时,假定叶轮中的流动是相对稳定的、无粘性的且不可压缩.

1.1 S2流面的基本方程

连续方程和运动方程为[5]:

(1)

(2)

式中:Ei,λi分别为进……