Расчетный метод определения полей средних и пульсационных скоростей в осесимметричном канале водометного движителя

• Автор: Кольцова, Наталья Александровна
• Шифр специальности: 05.08.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 146 с. : ил.

1. Введение. Постановка задачи
2. Обзор существующих материалов по экспериментальным и расчетным методам определения полей скоростей в осесимметричном канале водометного движителя
3. Расчетный метод определения полей средних и пульсационных скоростей в осесимметричном канале.
3.1. Расчетный метод определения характеристик турбулентного
потока в круглой трубе
3.2. Влияние поперечных градиентов вязкости и плотности несжимаемой жидкости на турбулентное течение в круглой
трубе
3.3. Влияние кольцевых разрушителей вихревых структур на турбулентное течение в круглой трубе
3.4. Расчетный метод определения полей средних скоростей в осесимметричном канале водометного движителя
3.5. Исследование влияния геометрических параметров канала водометного движителя на поле средних скоростей в его проточной части
3.6. Расчетный метод определения пульсационных скоростей в осесимметричном канале водометного движителя
3.7. Исследование влияния геометрических параметров канала водометного движителя на поле пульсационных скоростей в
его проточной части
4. Расчетный метод определения полей средних и пульсационных скоростей в потоке за стойками, расположенными в проточном канале
водометного движителя.
4.1.Расчетный метод определения полей средних скоростей за профилированной стойкой, расположенной в канале водометного движителя. Примеры расчета. Сравнение с
экспериментом
4.2.Расчетный метод определения полей пульсационных скоростей за профилированной стойкой, расположенной в канале водометного движителя. Примеры расчета. Сравнение с экспериментом
4.3.Поля средних и пульсационных скоростей за решеткой профилей, расположенных в канале водометного движителя

5. Экспериментальные данные по измерению полей средних и пульсационных скоростей в каналах водометных движителей.
5.1.Описание экспериментальных установок, аппаратуры и моделей, на которых проводились опыты в аэродинамической трубе
5.2.Результаты экспериментальных исследований по определению полей средних и пульсационных скоростей в каналах
водометных движителей. Сопоставление с расчетными данными
6. Основные результаты, полученные в работе
7. Литература
8. Приложение
8.1.Программа расчета поля скоростей в канале водометного движителя.
8.2. Графики, рисунки

1. Введение. Постановка задачи.
Водометные движители нашли широкое применение при создании судов и кораблей различного назначения [ 1, 2, 3 ], а также объектов, движущихся в толще воды [ 4 ]. Формы проточных каналов водометных движителей весьма разнообразны [ 1,2,3 ] и определяются
конструктивными особенностями судов, на которых они используются. В случае установки водометов на подводных аппаратах, которые, как правило, имеют кормовую оконечность осесимметричной формы, водометный движитель представляет собой насадку с круговыми поперечными сечениями, в которой расположен лопастной механизм. Если на надводных судах в канале водометного движителя перед рабочим колесом водомета располагается обычно гребной вал и поддерживающие его элементы, искажающие поле скоростей набегающего потока, то на подводных аппаратах [ 50, 51 ] насадка водометного движителя может крепиться к корпусу с помощью стоек, выполненных в виде неподвижной лопастной системы, расположенной перед раббчим колесом (направляющий аппарат) или за ним ( спрямляющий аппарат ).
В случае направляющего аппарата его лопасти выравнивают поле скоростей, набегающее на насадку, и формируют новое поле, определяемое обтеканием собственно лопастей. Полученное поле средних и пульсационных скоростей имеет стационарную окружную неоднородность по окружной координате.
Уровень неоднородности средних скоростей определяет амплитуды колебаний углов атаки лопасти и характеризует во многом кавитационные характеристики рабочего колеса. Эта неоднородность могла бы определять и амплитуды переменных сил с лопастной и кратной ей частотами. Однако практически число лопастей рабочего колеса выбирается с таким расчетом, чтобы лопастная и кратные ей частоты отличались от соответствующих частот направляющего аппарата более чем на единицу. В этом случае на рабочем колесе силы на лопастных частотах практически не формируются.
г Широкополосный спектр на низких частотах определяется средним значением турбулентности потока по плоскости диска рабочего колеса.
Таким образом, данные по полю средних скоростей в диске рабочего колеса могут быть использованы для прогнозирования его кавитационных характеристик, а данные по пульсациям скоростей - для расчета уровней широкополосного шума в инфразвуковом диапазоне частот.
Целью настоящей работы является создание приближенного метода определения полей средних и пульсационных скоростей в канале водометного движителя и соответствующей программы расчета на ПЭВМ. Представленный в диссертации метод учитывает следующие основные

——— = 0,79-(Cx'- ~ 2. (4.1.6.)
uS (x - X„)
Формулы (4.1.1. ),( 4.1.2. ) целесообразно переписать в следующей форме, удобной при совместном использовании:
- =^+0Л-^г^, (4.1.7.)
Ъ Ъ Ъ
Ug ~ Urn _ | _ Х ~ Хн (418)
Us 60 SH b
Таким образом, формулы (4.1.5. ) - ( 4.1.8. ) позволяют определить
по известным величинам " Ъ" ,SU’Cx>Us изменение по координате х
толщины следа за стойкой и скорость на оси следа за ней.
Поскольку формулы (4.1.5.),(4.1.6. ), с одной стороны, и формулы (4.1.7. ),( 4.1.8. ), с другой стороны, получены на базе экспериментальных

данных, то в зоне стыковки ( при — = 30) возможен разрыв искомых

функций 6 и nit!. Ясно, что в конкретных расчетах этот разрыв необходимо сгладить.
Определив функции S(x) и Um W, перейдем к расчету
распределения скоростей в следе за стойкой. Распределение продольной скорости для половины симметричного следа ищем в виде
-^^ = 1 *b,ri + b,-rj, (4.1.9.)
Um~Us
где ц. - скорость обтекания стойки в данном ее сечении, цт
скорость на оси следа, определяемая по формулам ( 4.1.6. ), ( 4.1.8. ), tj = у/8, где "у" отсчитывается от оси, толщина следа 5 определяется формулами ( 4.1.5. ), (4.1.7. ), Ь^Ьг ~ неизвестные постоянные, которые найдем из граничных условий при у = S (ц = 1):
«=И,<|= 0. (4.1.10.)
На основе ( 4.1.10. ) получаем систему уравнений
1 + h + Ьг = 0 Г
2Ь1+3-^=о|’
которая имеет решение hi ~ Ь2 = 2' Таким образом, на основе (4.1.9. ) получаем