随着“中国制造2025”的提出,海洋工程装备及高技术船舶已经成为我国的一个重要课题。同时,船舶推进方式的不断发展使得喷水推进技术在新型船舶系统中广泛使用。喷水推进具有传动机构简单、船外附件少、噪声小、变工况能力强以及附体阻力小等优点。自航行时,船舶的航速和喷水推进泵的转速决定了喷水推进器的运行工况。分析不同航速以及泵转速对喷水推进器内部流动的影响,对不同工况下推进器内部流动状态进行展示,进而分析其对压力脉动以及空化的影响,对喷水推进器的稳定运行与减振降噪具有重要意义。本文依托江苏省自然科学基金项目“高性能船用喷水推进系统流动特性及超推力机理研究”(BK20151342),以对旋轴流式喷水推进器为研究对象,采用计算流体力学方法,具体分析了对旋轴流式喷水推进器流动特性包括非定常流动与空化流动。主要内容和创新点如下:(1)系统的总结了国内外关于喷水推进器的研究现状,并对旋转机械内部流动、空化以及压力脉动的国内外研究现状进行了总结分析。选取对旋轴流式喷水推进泵作为喷水推进器的核心部件,对比了不同的湍流模型与空化模型,选择了SST湍流模型以及Zwart空化模型并进行了适当程度的修正。使用数值计算软件对喷水推进器进行网格划分、网格无关性检验以及边界条件设置。(2)以均匀进流时喷水推进泵不同工况下的流动特性为参照,对喷水推进器进行了不同航速及转速下的定常流动模拟。通过对不同过流断面处压力与速度分布进行分析,得出航速变化对首级叶轮前后流动影响较大,速度与压力分布不均匀。受非均匀进流逐渐减弱的影响,次级叶轮及导叶处流动受航速影响较小。随着航速的增加,推进器进水流道扰动剧烈,诱发二次流并与主流叠加,构成复杂的螺旋流动,导致进入叶轮的流体不均匀。转速的增加则使得推进器内流动不均匀度降低,在部分工况下进水管内无旋涡产生(3)在喷水推进器中间截面以及叶轮进流面附近设置监测点,以设计工况下喷水推进泵相同位置处压力脉动作为参照,对比分析了不同航速下推进器各监测点处脉动分布情况。结果表明:两级叶轮的叶片通过频率对推进器两级叶轮流道内压力脉动产生较大影响;导叶与次级叶轮之间动静干涉作用也会导致次级叶轮流道内脉动变化;两级叶轮轮缘处脉动特性受两级叶轮和导叶共同影响,并与监测点位置以及航速有关。(4)基于数值计算方法,对喷水推进器进行了空化条件下的数值计算,分析了喷水推进器运行时内部空化流场。研究表明:在高转速下运行时,对旋轴流式喷水推进器首级叶轮处会产生空化,且随着转速的增加,空化现象愈加明显;受非均匀进流的影响,次级叶轮流道内上半部压力大于下半部,因此下半部流道内的叶片空化更为严重。空化严重时,导叶进口处以及首级叶轮间隙处出现了空化脱落。不同空化工况下,次级叶轮吸力面上均无空泡产生,表明采用对旋轴流结构的喷水推进器具有较好的空化性能。