機(jī)匣開槽控制噴水推進(jìn)器不穩(wěn)定流動(dòng)的數(shù)值研究

摘要：針對(duì)噴水推進(jìn)器小流量工況下的駝峰區(qū)不穩(wěn)定流動(dòng)，采用計(jì)算流體力學(xué)方法研究了其失穩(wěn)特性。結(jié)果表明，隨著流量的減少，推進(jìn)泵的揚(yáng)程和效率顯著下降，揚(yáng)程曲線在0.42Qd～0.8Qd 范圍內(nèi)呈現(xiàn)出正斜率的駝峰特性，同時(shí)內(nèi)部流場(chǎng)變得紊亂，并出現(xiàn)流動(dòng)分離和回流等現(xiàn)象。為了改善這一不穩(wěn)定流動(dòng)，采用了機(jī)匣開槽技術(shù)進(jìn)行流動(dòng)控制，使駝峰現(xiàn)象得到明顯改善。在最佳槽體結(jié)構(gòu)參數(shù)下，深度失速工況點(diǎn)的揚(yáng)程和效率分別比原模型提高了約147.6% 和 70.3%。機(jī)匣開槽一方面能夠?qū)M(jìn)口來流進(jìn)行整流，起到減少預(yù)旋和增大軸向進(jìn)流速度的作用，另一方面可以抑制主流區(qū)漩渦的形成以及葉輪進(jìn)口位置的低頻壓力脈動(dòng)。

關(guān)鍵詞：噴水推進(jìn)器；水力性能；失速工況；壓力脈動(dòng)

中圖分類號(hào)：U 664.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

近些年來，噴水推進(jìn)器憑借其高航速、高效率、強(qiáng)抗空泡能力等優(yōu)點(diǎn)，在高性能船舶和軍用艦艇上得到了廣泛的應(yīng)用[1]。不同于傳統(tǒng)的直管進(jìn)流形式，噴水推進(jìn)器在實(shí)際航行過程中由于海面風(fēng)浪以及偏航和啟停等機(jī)動(dòng)條件的影響，往往會(huì)偏離設(shè)計(jì)工況而處于部分負(fù)載工況，加之進(jìn)水流道彎管和驅(qū)動(dòng)軸等結(jié)構(gòu)的限制，系統(tǒng)內(nèi)部的流動(dòng)分離、流態(tài)分布不均等現(xiàn)象大量存在，由此引發(fā)能量耗散，使得流動(dòng)惡化、效率降低[2-3]。進(jìn)流條件的不穩(wěn)定會(huì)將影響在葉輪旋轉(zhuǎn)區(qū)域擴(kuò)大，葉輪在高速旋轉(zhuǎn)過程中，由于長(zhǎng)時(shí)間受到這種周向的不均勻擾動(dòng)，葉片載荷分布出現(xiàn)差異，進(jìn)而誘發(fā)結(jié)構(gòu)振動(dòng)和噪聲，嚴(yán)重時(shí)會(huì)對(duì)葉片造成損傷，甚至帶來安全風(fēng)險(xiǎn)[4-7]。這種不穩(wěn)定流動(dòng)所導(dǎo)致的能量損失，會(huì)使噴水推進(jìn)裝置的揚(yáng)程和效率下降，通常使其外部特性曲線在低流量條件下表現(xiàn)出正斜率的駝峰現(xiàn)象。因此，改善推進(jìn)器內(nèi)部這種不穩(wěn)定狀況的研究具有很重要的意義。

對(duì)于推進(jìn)泵等葉片式旋轉(zhuǎn)機(jī)械在小流量下流動(dòng)失穩(wěn)的問題，許多國(guó)內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了深入的研究。Hu 等[8] 和Hagiya 等[9] 分析了混流泵在小流量下葉輪通道內(nèi)部的流動(dòng)狀況，發(fā)現(xiàn)該區(qū)間的揚(yáng)程曲線呈現(xiàn)正斜率，并且此現(xiàn)象的產(chǎn)生是由葉輪通道中位于葉輪尖端前緣部位的失速流動(dòng)引起的。Ye 等[10] 采用定常和非定常計(jì)算模擬了低轉(zhuǎn)速比離心泵的流動(dòng)失穩(wěn)現(xiàn)象，通過數(shù)值模擬與PIV 試驗(yàn)相結(jié)合，結(jié)果表明：失速工況下，葉輪所造成的能量損失最大，由于失速流動(dòng)引起的流道堵塞會(huì)使泵的性能降低并引發(fā)壓力振動(dòng)。Zheng 等[11] 研究了混流泵在不同工況下的流動(dòng)和壓力脈動(dòng)變化，并闡明了失速工況下的低頻壓力脈動(dòng)是由導(dǎo)葉內(nèi)部漩渦所引起的。為了對(duì)葉片泵在駝峰工況區(qū)的不穩(wěn)定流動(dòng)進(jìn)行改善，研究者們提出了不同的改進(jìn)措施。Kurokawa[12] 提出了J 型槽的流動(dòng)控制技術(shù)，通過對(duì)主流角動(dòng)量的控制來減弱系統(tǒng)內(nèi)部的不穩(wěn)定流動(dòng)，以達(dá)到改善泵的水力性能的目的。Zhang 等[13-14] 和Feng 等[15] 通過在泵進(jìn)水管設(shè)置軸向槽來改善葉輪的進(jìn)流條件，提升其水力性能，并有效抑制了駝峰區(qū)的形成。Mu 等[16] 采用了相同的控制方法，通過對(duì)比不同的溝槽布置形式，發(fā)現(xiàn)軸向槽比斜向槽更適合改善軸流泵的水力性能和內(nèi)部流場(chǎng)。王維等[17] 運(yùn)用端壁開縫的技術(shù)來改善軸流泵的駝峰現(xiàn)象，同時(shí)減弱了葉片頂部因葉頂泄漏渦和二次流引起的壓力脈動(dòng)。目前在流動(dòng)失穩(wěn)及控制方面，現(xiàn)有的研究大多是針對(duì)單個(gè)泵體組件，且多采用直管進(jìn)流的形式，沒有將彎管進(jìn)流等結(jié)構(gòu)所造成的進(jìn)流不均勻的影響考慮在內(nèi)，而噴水推進(jìn)器是包含推進(jìn)泵、進(jìn)水流道等過流部件以及下方水體部分的一整個(gè)系統(tǒng)，流動(dòng)控制技術(shù)的適用性以及控制效果的優(yōu)劣還需展開相關(guān)的探索性研究。

本文以噴水推進(jìn)器為研究對(duì)象，對(duì)其在非設(shè)計(jì)工況下的流動(dòng)特性進(jìn)行研究。采用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)分析方法，揭示了在小流量工況下系統(tǒng)內(nèi)的失速流動(dòng)特性，并探討了采用機(jī)匣內(nèi)壁開槽技術(shù)來抑制推進(jìn)器內(nèi)部不穩(wěn)定流動(dòng)的機(jī)理，為進(jìn)一步優(yōu)化噴水推進(jìn)裝置的水力性能提供有效參考。

1 計(jì)算模型及數(shù)值方法

1.1 幾何模型

噴水推進(jìn)器三維幾何模型如圖1 所示，具體設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。推進(jìn)泵所采用的泵型為混流泵，在進(jìn)水管道段內(nèi)壁添加溝槽設(shè)計(jì)，溝槽參數(shù)示意圖見圖2。

圖3 為計(jì)算域，包括船底的周圍水域。考慮到數(shù)值模擬的精度和時(shí)間，控制體的長(zhǎng)、寬、高分別取為30D，10D，8D。

1.2 網(wǎng)格劃分及無關(guān)性驗(yàn)證

使用ANSYS TurboGrid 軟件，對(duì)葉輪和導(dǎo)葉區(qū)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)化六面體網(wǎng)格劃分處理。對(duì)部件周圍彎曲較大的區(qū)域進(jìn)行加密，y+值小于30，滿足湍流模型的求解要求。噴口、進(jìn)水流道及控制體基于ICEM CFD 進(jìn)行結(jié)構(gòu)化六面體網(wǎng)格劃分。噴水推進(jìn)器各部件網(wǎng)格如圖4 所示。

采用5 套不同節(jié)點(diǎn)數(shù)的網(wǎng)格（表2），網(wǎng)格無關(guān)性驗(yàn)證見圖5，其中H 和η 為推進(jìn)泵的揚(yáng)程和效率，H1 和η1 表示網(wǎng)格1 所對(duì)應(yīng)的揚(yáng)程和效率。可以看出，揚(yáng)程和效率隨著網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)數(shù)的增加變化不大，相對(duì)誤差小于0.1%，滿足網(wǎng)格無關(guān)性測(cè)試要求。因此最終選擇方案4 作為數(shù)值計(jì)算網(wǎng)格。

1.3 邊界條件和數(shù)值方法

計(jì)算域的進(jìn)口采用速度進(jìn)口設(shè)置；噴口采用質(zhì)量流量出口；控制體的出口采用自由出流；葉輪作為旋轉(zhuǎn)域，其余部分為靜止域；葉片和輪轂為相對(duì)靜止的壁面，葉輪外殼則為絕對(duì)靜止的壁面；旋轉(zhuǎn)域和靜止域之間的交界面采用滑移網(wǎng)格模型進(jìn)行處理，并且所有的壁面都被設(shè)定為無滑移壁面條件。

本研究使用有限體積法在空間上對(duì)控制方程進(jìn)行離散化處理，并采用二階全隱式格式對(duì)時(shí)間項(xiàng)進(jìn)行離散化，湍流模型選擇SST k-ω 模型。使用SIMPLEC 算法求解離散方程，并基于雷諾平均N-S 方程對(duì)推進(jìn)器內(nèi)的穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬[18]。所有模擬工作均在Ansys Fluent 軟件中完成。為了加快非穩(wěn)態(tài)計(jì)算的收斂速度，在求解過程中使用穩(wěn)態(tài)計(jì)算的結(jié)果作為非穩(wěn)態(tài)計(jì)算的初始條件。葉輪旋轉(zhuǎn)一周的時(shí)間為T=60/1 350 s，時(shí)間步長(zhǎng)取為2.47×10?4 s，即為葉輪旋轉(zhuǎn)2°所需的時(shí)間，總時(shí)長(zhǎng)為葉輪旋轉(zhuǎn)8 周所需的時(shí)間。

1.4 監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置

為了探究溝槽設(shè)計(jì)對(duì)推進(jìn)泵內(nèi)部瞬態(tài)流動(dòng)特性的影響，需要對(duì)泵內(nèi)的壓力脈動(dòng)進(jìn)行捕捉，在葉輪進(jìn)口截面，旋轉(zhuǎn)軸的上方部位，沿輪轂到輪緣徑向均勻布置5 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)R1～R5，具體位置如圖6 所示。

2 計(jì)算結(jié)果及分析

2.1 非均勻進(jìn)流成因分析

進(jìn)流品質(zhì)的好壞將直接影響到噴水推進(jìn)器的性能，由于其特殊的彎管進(jìn)流形式，與一般的直管進(jìn)流相比，推進(jìn)器在葉輪進(jìn)口的流態(tài)分布上存在很大的差別。以設(shè)計(jì)工況為例，圖7 為該條件下進(jìn)水流道各截面的壓力和速度云圖。從圖中可以看出，受到船底邊界層的影響，流道內(nèi)上方的流速偏低，并且由于彎管和驅(qū)動(dòng)軸擾動(dòng)的綜合影響，呈現(xiàn)出由上而下的壓力梯度分布。葉輪進(jìn)流面的壓差和速度差分別達(dá)到了5 kPa 和7 m/s 以上，不均勻分布的特征十分明顯。驅(qū)動(dòng)軸下方的高速流體在抵達(dá)上方的過程中，需要消耗自身動(dòng)量來克服阻力，導(dǎo)致管道頂部會(huì)形成一個(gè)低能流體區(qū)域。下方的高速流體在沖擊驅(qū)動(dòng)軸的過程中，會(huì)在旋轉(zhuǎn)效應(yīng)的作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)，與上方低壓區(qū)的流體相互混合，甚至?xí)纬射鰷u，進(jìn)一步惡化進(jìn)口流態(tài)。

2.2 水力外特性分析

噴水推進(jìn)泵的外特性可由揚(yáng)程和效率這兩個(gè)參數(shù)體現(xiàn)，其計(jì)算公式如下：

式中：H 為推進(jìn)泵揚(yáng)程；Pi 為推進(jìn)泵進(jìn)口總壓；Po 為出口總壓；ρ 為水的密度；η 為推進(jìn)泵效率；Q 為體積流量； Ps 為軸功率；M 為流體作用在葉輪上的轉(zhuǎn)矩；ω 為角速度。

為探究噴水推進(jìn)泵性能和溝槽參數(shù)之間的關(guān)系，對(duì)溝槽數(shù)量為20，槽長(zhǎng)l=60 mm，深度d 分別為4，6，8 mm 的噴水推進(jìn)泵進(jìn)行了研究。圖8為不同槽深下的噴水推進(jìn)泵揚(yáng)程和水力效率曲線，OM（original model）表示原始模型，SM（slottedmodel）表示開槽模型。

由效率曲線圖8（b） 可以看出，推進(jìn)泵在設(shè)計(jì)工況點(diǎn)A 附近的效率較高，但在小流量區(qū)域的效率下降很快。揚(yáng)程曲線圖8（a） 顯示， 當(dāng)流量在0.42Qd～ 0.8Qd之間時(shí)， 曲線出現(xiàn)明顯的“ 駝峰區(qū)”特性，該區(qū)域內(nèi)的推進(jìn)泵效率急劇下降，運(yùn)行過程中可能會(huì)發(fā)生旋轉(zhuǎn)失速等流動(dòng)不穩(wěn)定現(xiàn)象。B 為揚(yáng)程曲線轉(zhuǎn)折點(diǎn)，稱為臨界失速工況點(diǎn)，C 是深度失速工況點(diǎn)。根據(jù)效率和揚(yáng)程曲線，原始模型的駝峰現(xiàn)象比較嚴(yán)重， 揚(yáng)程和效率在0.65Qd 附近出現(xiàn)了陡降，揚(yáng)程下降了39.3%，效率下降了28.3%。在機(jī)匣內(nèi)壁進(jìn)行開槽后，推進(jìn)泵的駝峰現(xiàn)象得到了改善，揚(yáng)程和效率都有不同程度的提高。在小流量工況下，開槽能夠在一定程度上提高推進(jìn)泵的效率，且對(duì)最優(yōu)工況和大流量工況的效率影響不大。當(dāng)槽深d 增加到6 mm 時(shí)，0.65Qd 附近的揚(yáng)程陡降現(xiàn)象基本消失，此時(shí)推進(jìn)泵C 工況點(diǎn)的揚(yáng)程和效率分別提高了約147.6% 和70.3%。槽深進(jìn)一步增加至8 mm 時(shí)，雖然在低流量下的揚(yáng)程仍有部分提高，但效率提升微弱，且在大流量工況附近的效率出現(xiàn)下降。綜合考慮，選取槽深6 mm作為最優(yōu)方案。由此來看，開槽除了對(duì)推進(jìn)器在面臨部分負(fù)載條件所造成的揚(yáng)程和效率降低具有一定提升效果外，在常規(guī)運(yùn)行的設(shè)計(jì)工況下也沒有造成水動(dòng)力性能的損失，表明開槽能夠在一定程度上拓寬推進(jìn)器的穩(wěn)定運(yùn)行范圍，而且槽體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工制造成本低，具有一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

2.3 內(nèi)部流場(chǎng)分析

為了研究溝槽對(duì)推進(jìn)泵葉輪進(jìn)口流場(chǎng)的影響，圖8 比較了原始模型和開槽模型在不同工況下葉輪進(jìn)口截面處軸向速度和圓周速度環(huán)量的分布。其中Vm 為軸向速度，Ud 為設(shè)計(jì)工況下的進(jìn)口截面速度，無量綱系數(shù)R*，Г*定義如下：

R*= （R-Rh） ／ （Rs -Rh） （4）

Г* = 2Г/πωD2 （5）

式中： R*為徑向位置的相對(duì)坐標(biāo)；R 為截面上任一點(diǎn)的半徑；Rh 和Rs 分別為輪轂半徑和輪緣半徑；Г*為速度環(huán)量系數(shù)；Г為速度環(huán)量；ω 為葉輪旋轉(zhuǎn)角速度。

葉輪進(jìn)口軸向速度和速度環(huán)量分布如圖9 所示。從圖9（a） 可以看出，兩種模型在相同工況下葉輪進(jìn)口軸向速度分布規(guī)律基本相同，總體上都隨著流量的減小而降低。推進(jìn)泵在最優(yōu)工況區(qū)內(nèi)的流動(dòng)相對(duì)穩(wěn)定，葉輪進(jìn)口軸向速度分布均勻，改進(jìn)模型的軸向速度稍大于原始模型。當(dāng)推進(jìn)泵運(yùn)行至失速工況區(qū)時(shí)，進(jìn)口軸向速度出現(xiàn)較大幅度變化：主流區(qū)的流動(dòng)穩(wěn)定性降低，軸向速度從輪轂到輪緣先減小再增大，并在管道內(nèi)壁附近產(chǎn)生二次回流。此外，隨著流量減小，回流區(qū)域趨于擴(kuò)大。開槽模型與原始模型相比，在中部主流區(qū)的軸向速度更高，在輪緣處改進(jìn)模型的軸向回流速度略高。

圖9（b） 顯示了葉輪進(jìn)口截面上圓周速度環(huán)量在不同工況下的分布情況。在最優(yōu)工況區(qū)，葉輪進(jìn)口處的速度環(huán)量分布均勻，數(shù)值接近于零，表明流體主要沿著軸向進(jìn)入葉輪區(qū)域；隨著流量的減小，靠近管壁處的速度環(huán)量出現(xiàn)了較大的波動(dòng)，并且幅值隨著流量的減小而增大。在最優(yōu)工況區(qū)，溝槽對(duì)速度環(huán)量的分布影響不大，但在失速工況區(qū)，溝槽結(jié)構(gòu)可以減小葉輪進(jìn)口處的速度環(huán)量，使流體盡可能地沿軸向進(jìn)入葉輪。

可見，溝槽設(shè)計(jì)在增大葉輪進(jìn)口軸向速度和減小周向速度環(huán)量方面都有不錯(cuò)的效果，為了更直觀地體現(xiàn)這種變化，需要分析改型前后葉輪進(jìn)口的流態(tài)分布情況。圖10 為進(jìn)口截面Q 準(zhǔn)則識(shí)別的渦量及速度分布。可以看出，靠近輪緣處的渦量最大，輪轂側(cè)的渦量最小，對(duì)比分析后發(fā)現(xiàn)，槽體結(jié)構(gòu)對(duì)通道內(nèi)的渦量強(qiáng)度有一定的抑制作用，能夠有效地將大范圍的渦破碎成為小渦，從而降低主流區(qū)的漩渦強(qiáng)度。分析其原因，由速度分布圖可以發(fā)現(xiàn)，原始模型的光滑壁面附近由于葉輪旋轉(zhuǎn)效應(yīng)的影響而具有較高的速度分布。結(jié)合圖11 分析可知，開槽模型由于槽體結(jié)構(gòu)的阻擋，使得近壁面高速區(qū)得到削弱，在溝槽內(nèi)部形成一個(gè)與主流旋轉(zhuǎn)方向相反的漩渦。

圖12 為失速工況（Q/Qd=0.65）下，不同截面處的速度流線圖。由圖可知，隨著相對(duì)葉高的增加，葉輪通道內(nèi)的流動(dòng)狀態(tài)是逐漸變差的，葉輪通道渦增加并占據(jù)了大部分流道空間，與此同時(shí)也加劇了葉片背部的流動(dòng)分離；對(duì)比分析改進(jìn)后的流動(dòng)狀況可以發(fā)現(xiàn)，溝槽設(shè)計(jì)改變了葉輪進(jìn)口水流的進(jìn)流方向，使得進(jìn)流沖角減小，增加了進(jìn)口流速，并且消除了葉輪流道中的部分通道渦，改善了葉輪內(nèi)部流動(dòng)狀況。

2.4 壓力脈動(dòng)分析

失速工況下，推進(jìn)泵內(nèi)的流體在進(jìn)入葉輪之前會(huì)出現(xiàn)各種不穩(wěn)定的現(xiàn)象，如旋轉(zhuǎn)、回流和流動(dòng)分離，這可能導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)部壓力急劇變化，也就是所謂的壓力脈動(dòng)。如果壓力脈動(dòng)嚴(yán)重，可能會(huì)引起一系列問題，例如振動(dòng)加劇、噪音增加和空化等。因此，有必要研究開槽對(duì)推進(jìn)泵內(nèi)部壓力脈動(dòng)的影響。采用頻域圖方法分析各監(jiān)測(cè)點(diǎn)在條件Q/Qd=1 和Q/Qd=0.65 下的壓力脈動(dòng)規(guī)律。對(duì)于轉(zhuǎn)速為1 350 rpm 的葉輪，其軸頻為 fs = n/60=22.5 Hz，葉片頻率 fb = 5fs = 112.5 Hz，軸頻率的倍數(shù)定義為 Fn。引入壓力脈動(dòng)系數(shù)Cp，分析各監(jiān)測(cè)探頭的壓力脈動(dòng)特性，利用公式計(jì)算壓力脈動(dòng)系數(shù)Cp，即

Cp =Δp0／5ρu2 （6）

式中： Δp為監(jiān)測(cè)點(diǎn)的靜壓與計(jì)算周期內(nèi)的平均靜壓的差值； u為葉片輪緣的圓周速度。

圖13 為設(shè)計(jì)工況下（Q/Qd=1）葉輪進(jìn)口監(jiān)測(cè)點(diǎn)的壓力脈動(dòng)頻域圖。從圖中可以看出，兩種模型在葉輪進(jìn)口的壓力脈動(dòng)規(guī)律相似。隨著監(jiān)測(cè)點(diǎn)靠近輪緣部位，壓力脈動(dòng)的幅值逐漸增大，主要頻率為葉輪葉片通過頻率。這表明葉頻是影響葉輪進(jìn)口壓力脈動(dòng)的主要因素。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，開槽模型在監(jiān)測(cè)點(diǎn)R5 的壓力脈動(dòng)幅值相較于原始模型稍大，這主要是因?yàn)槿~輪進(jìn)口靠近輪緣部分的流體受到葉輪葉片的牽引作用，導(dǎo)致周向速度較大，同時(shí)溝槽結(jié)構(gòu)的存在與葉片之間形成了動(dòng)靜干涉，導(dǎo)致了幅值的增大。

圖14 顯示，在失速工況下（Q/Qd=0.65），推進(jìn)泵內(nèi)部壓力脈動(dòng)變得更加劇烈和紊亂，主頻部分仍然是葉片通過頻率。相對(duì)于設(shè)計(jì)工況，監(jiān)測(cè)點(diǎn)R5 靠近輪緣部位的壓力脈動(dòng)幅值明顯增加，其中原始模型和開槽模型的壓力脈動(dòng)幅值分別增大了約0.6 倍和0.9 倍。此外，原始模型伴隨低頻特征的出現(xiàn)。在失速工況下，由于葉輪與槽體的動(dòng)靜干涉作用，開槽模型相比于原始模型的壓力脈動(dòng)幅值增大了約0.3 倍。對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，雖然溝槽結(jié)構(gòu)增加了主頻壓力脈動(dòng)的幅值，但卻抑制了低頻壓力脈動(dòng)。這也表明溝槽設(shè)計(jì)對(duì)于在不穩(wěn)定工況下運(yùn)行的推進(jìn)泵具有一定的改善效果。

3 結(jié) 論

采用計(jì)算流體力學(xué)方法，對(duì)噴水推進(jìn)器在多種工況下的內(nèi)部流動(dòng)特性展開了分析。同時(shí)，研究了機(jī)匣開槽對(duì)推進(jìn)器在小流量下不穩(wěn)定流動(dòng)的改善效果，主要結(jié)論如下：

a. 在臨界失速工況附近，推進(jìn)泵的揚(yáng)程和效率會(huì)出現(xiàn)大幅度下降，揚(yáng)程和效率下降幅度分別為39.3% 和28.3%；揚(yáng)程曲線在0.42Qd～0.8Qd流量范圍內(nèi)呈現(xiàn)正斜率的駝峰特性。與設(shè)計(jì)工況相比，葉輪進(jìn)口處的周向速度環(huán)量會(huì)增大，而軸向速度會(huì)減小，同時(shí)會(huì)出現(xiàn)回流等現(xiàn)象。

b. 機(jī)匣開槽的流動(dòng)控制技術(shù)可以有效改善推進(jìn)器在小流量下的失速流動(dòng)。在一定范圍內(nèi)，隨著溝槽深度的增加，改善效果會(huì)逐漸變強(qiáng)；當(dāng)溝槽深度為6 mm 時(shí)，效果最佳，推進(jìn)泵在深度失速工況點(diǎn)處的揚(yáng)程和效率分別提高了147.6% 和70.3%，且駝峰現(xiàn)象基本消失。此外，溝槽結(jié)構(gòu)還可以對(duì)來流進(jìn)行整流，從而減少預(yù)旋，增加軸向進(jìn)流速度。

c. 在失速工況下，溝槽能夠?qū)⑷~輪進(jìn)口前的大范圍漩渦破碎成小渦，并且對(duì)葉輪內(nèi)部的通道渦具有一定的抑制作用。此外，溝槽的存在與葉片之間形成了動(dòng)靜干涉作用，在一定程度上增大了近管壁區(qū)域的主頻壓力脈動(dòng)幅值，但同時(shí)也抑制了葉輪進(jìn)口位置的低頻壓力脈動(dòng)。

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（編輯：董偉）

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（51106099）