本报告分成三部分,第一部分研究喷水推进轴流泵,第二部分研究溢流阀阀口气穴,第三部分研究管路系统的水击瞬变流。　　 一、　　 喷水推进是一种特殊的船舶推进方式,它和其它推进器不同之处在于推力不是直接由推进器产生,而是利用喷出水流的反作用力来推动船舶前进,喷水推进装置以其良好的抗空化能力、优良的浅水航行性能、高的推进效率、强的操作性及显著的减震降噪效果,已得到越来越广泛的应用。喷水推进泵是整个推进装置的核心部分,设计者为了优化轴流泵结构,需要了解泵内的流动特性。传统的叶片理论不能够准确的预测泵的总特性和详细的流场信息,虽然模型实验能够准确的模拟泵的特性,但实验周期长、费用高,CFD技术为泵的特性预测及流场信息的获得提供了科学的手段,使不同设计结构的叶片泵在实验前的性能预测成为可能。　　 首先,针对后置导叶式的喷水推进泵内的流动,运用标准的k-e紊流模型及壁面函数,采用CFX-TASCflow软件对喷水推进轴流泵动静耦合的流动进行了数值模拟,预测了泵的扬程、轴功率和效率总特性,与实验特性曲线比较吻合,误差小于5％。进而对设计工况下的叶片周围的压力分布、速度矢量分布、不同截面径向速度分量的分布,扬程径向分布、出口面上能量的损失等进行了分析。　　 其次,对无导叶喷水推进泵、不同叶轮与导叶间距的后置导叶喷水推进泵的内流场进行了模拟和比较,分析了后导叶、后导叶与叶轮间距对喷水推进轴流泵的影响。结果表明后导叶可以回收叶轮出口的旋转动能,转化为静压能。后导叶使得静压扬程提高11％。圆周切向速度能的损失从41％减少到1.6％。通过减小叶轮与导叶之间的距离,静压扬程增加2％,静压效率增加1.6％。切向速度能的损失从5.2％减小到1.6％。后导叶使得叶轮吸力面和压力面上的压力系数均减小。叶轮叶片载荷沿径向增加,静压扬程沿径向增加。在小流量下,由于大攻角,叶轮叶片导边附近的载荷增加,后导叶吸力面上的流动分离区域增大。通过比较,减小了叶轮与导叶中心间距为112mm的后置导叶式喷水推进轴流泵的总特性相比是最好的。在设计工况下,后导叶吸力面上没有流动分离发生,静压扬程和静压效率得到提高,出口面上圆周切向速度能的损失大大降低。　　 进一步对前置导叶型喷水推进泵的内流场进行了模拟,对两个叶轮和两个导叶的4种不同组合的前置导叶型喷水推进泵的总特性分别进行了计算。从中选择最佳的组合方案是叶轮B与导叶B组合的前置导叶的喷水推进泵。对相同直径相同叶片数的叶轮的前置导叶与后置导叶喷水推进轴流泵进行了比较,在无量纲的设计流量及其它工况下,前置导叶比后置导叶喷水推进泵出口面上圆周速度压头与轴向速度压头的比值降低了很多。　　 二、　　 气穴是流体机械中常见的一种现象,比如泵、涡轮叶片、螺旋推进器,水翼、阀和管道等元件。不仅破坏了流体的连续性、而且引起振动和噪声。同时系统效率降低,动态特性恶化。因此研究气穴机理及如何控制气穴的发生非常重要。　　 针对溢流阀阀口的形状对气穴的影响,为了抑制阀口气穴,对溢流阀阀芯形状进行了改进,设计了几种不同的阀芯结构,分别对不同的阀芯进行了气穴流场的模拟和比较,来寻求优化的阀芯结构。实验采用透明的阀体,分别对改进前后不同阀芯阀口气穴现象进行了可视化实验观察和相应的噪声测试和频谱分析。比较相同条件下气穴发生过程,气穴云的变化形态及噪声频谱分析。实验结果与数值分析结果比较吻合,最后得到一种优化的阀芯结构,在相同工况下,它的气穴区域和强度均比较小,而且噪声得到降低。　　 进一步用计算流体动力学的方法对锥阀和球阀阀口气穴流场进行了数值模拟,预测了气穴发生区域,可视化实验运用工业纤维镜与高速摄像机等组成流场可视化试验系统,多方位地观察了阀口附近的气穴现象,对其进行数字图像处理后,获得了气穴流场的分布信息,模拟得到的气体体积比分布与可视化实验得到的数字图像处理后的气穴图象非常吻合,验证了数值计算的正确性。表明RNG k-ε湍流模型能有效地描述锥阀等液压元件的阀口气穴流动。实验同时采用涡流式位移传感器、激光位移器和数字应变测量仪等构成的检测系统,研究了气穴流场诱发的阀体与阀芯振动。进一步对锥阀在不同进口速度、不同出口压力和不同出口面积的流场分别进行了模拟。分析了锥阀、球阀阀口几何参数与边界条件对气穴的影响。　　 三、　　 管路是把不同流体元件连接成一个系统的元件,是必不可少的,而且管路系统的流动特性也是相当复杂的,本报告针对一个具体的系统水击问题,基于瞬变流基本方程和不同元件的能量损失特点,对阀门突然关闭而产生的水击瞬变流动进行了分析,得到不同节点的压力、流速脉动,系统中不同元件的压降、流量脉动。结果表明,为了减小水击压力脉动,首先尽量避免增加支路,尤其是减少阀门附近的支路,其次尽量缩短直管路或整个管路的长度。