高速船舶喷水推进装置的基础研究

Water-jet propulsors for high-speed vessel have a vast prospects in aspects of naval vessel, amphibious vehicles and high performance ships. In present project, the fundenmental research about the key technology of water-jet propulsor will be carried out by the combined method of theoretical analysis, model tests and numerical simulation to further promote its developemnt.Our work will focus on the following topics: What effect will the ship wave have impact on the inlet flow of water-jet propulsor for high-speed vessel; A cavitation model considering the coupling effect of cavitation and tubulence will be proposed; We will develop a method to simulate the cavitating flow in water-jet propulsor including many operationing conditions; And the new design method for water-jet propulsor is proposed. This project will provide worthy support for the research of water-jet propulsor of high-speed vessel and other similar engineering applications, which is very important problem in academic and engineering applications.

高速船舶喷水推进技术在各种现代海军舰艇、两栖车辆、高性能商船等方面有广阔的应用前景。为了进一步促进该技术的发展，本项目拟通过理论分析、模拟试验和数值计算相结合的路线，围绕喷水推进装置研发的关键技术开展相关基础研究。拟在船体波动对高速喷水推进装置进口流动的影响、基于湍流耦合效应的空化模型、各种复杂工况下推进泵内空化流动计算，以及高速喷水推进装置的流道优化设计方法等方面取得较大进展。本项目研究成果一方面支撑适合于高速舰船的先进喷水推进技术研究，同时也可为相关技术领域解决类似的工程问题提供重要的参考。因此，本研究不仅具有重大的现实意义，同时具有重要的科学理论价值。

项目针对高速船舶喷水推进技术相关的复杂空化湍流及装置流道设计优化等问题开展了大量的模型试验与数值计算，主要取得了以下成果：1）基于动态PANS方法、Level-set函数，构建了一套适合于复杂空化湍流的精细化数值模拟方法。2）基于喷水推进泵内部非定常流动分析，揭示了空化流动中的漩涡流动特性，以及空化与漩涡的相互作用关系，为解决喷水推进泵空化条件下的流动分离、非稳定性问题提供了指导性依据。3）基于试验设计方法（DOE）、响应面法（RSM）、DCD策略的NSGA-II算法等先进方法，建立了一套先进的设计优化方法（平台），成功应用于喷水推进泵叶轮和进水流道的优化，取得了良好的效果。项目得到的空化湍流精细化模拟方法以及先进的设计优化方法（平台）可推广至其他领域，解决微重力空化、通气减阻与减蚀、水轮机补气等工程问题；项目相关成果还推广至环保领域，为解决水面漂浮质对水体的污染等问题提供了新的思路。因此，项目研究不仅具有重要的学术价值，同时具有很好的应用前景。通过项目研究，发表各种论文28篇，其中SCI检索11篇、EI检索7篇；申请发明专利4项，授权1项；获得省部级科学技术二等奖2项、地市级科学技术一等奖1项。