间隙流动模型对泵喷推进器水动力性能的影响

翁凯强， 王超， 胡健， 谷浪

(1.哈尔滨工程大学 船舶工程学院，黑龙江 哈尔滨 150001； 2.中国科学院 沈阳自动化研究所，辽宁 沈阳 110000)

基于势流的数值分析方法已成功用于带定子导管桨的水动力性能预报，例如Hughes等[1]和Kawakita等[2]分别采用升力面涡格法和面元法构建了推进器的数值模型及相应的尾涡模型来进行计算。但是，泵喷转子和导管之间存在间隙，间隙尺寸通常为转子顶端半径的1%～3%，细小间隙区域的流动表现为真实的粘性流动[3-9]，使用势流假设会导致转子梢部载荷接近于零，这不符合实际情况，且泵喷推进器布局形式紧凑，使间隙流动所带来的影响不仅局限在转子梢部[10-14]，甚至会导致泵喷整个系统的流场发生变化[15]。基于以上存在的问题，王超等[16]开展了泵喷导管的变参数分析，给出了泵喷导管参数的取值范围，为泵喷导管的设计奠定了基础;在此基础上，采用面元法建立了一种模拟泵喷推进器间隙泄露涡的梢部泄露涡模型[17]，该模型已经被成功应用到泵喷的水动力性能预报。泄露涡模型大大提高了泵喷的水动力性能预报精度，特别是在低进速系数下的计算结果与粘流的计算结果保持高度的一致性，但是梢部泄露涡模型对间隙流动处粘性的影响并没有很好地处理。

因此，本文在已有的泵喷推进器梢部泄露涡模型以及考虑粘性耗散方程的基础上，构建了一套考虑间隙流动处粘性影响的间隙流动模型，采用双片网格延伸的方式，扩大了间隙流动模型的影响范围，并将面元法的计算结果与CFD计算结果进行对比分析，进而讨论分析间隙流动模型对泵喷推进器水动力性能的影响。……