螺旋桨设计参数对桨叶片空泡性能的影响分析

文章基于扰动速度势面元法建立了在均流条件下螺旋桨桨叶片空泡数值预报方法,空泡模型采用压力恢复闭合模型。通过对5600TEU集装箱船螺旋桨空泡的数值预报,以及与试验结果的比较,验证了该方法的可行性。该方法能够较为快速准确地预报螺旋桨桨叶片空泡,可用于分析参数对螺旋桨空泡性能的影响,为抑制螺旋桨空化设计提供基础。在此基础上重点分析了桨叶侧斜、纵倾以及桨叶剖面型式对螺旋桨空泡性能的影响,计算表明加大侧斜能够减少空泡面积,空泡向外半径偏移;桨叶剖面的设计对空泡性能影响较大,优化设计桨叶剖面可以有效减少空泡面积,提高螺旋桨抗空化能力;纵倾向压力面弯曲的分布形式可以改善梢部的压力分布,减少叶梢附近空泡长度,从而可望减少由空泡引起的脉动压力。     

基于结构化网格技术的螺旋桨定常空泡性能数值分析

为了研究定常状态下螺旋桨的敞水性能和空泡性能,采用基于粘流理论的CFD方法开展了系统地计算分析。采用结构化网格方案,将计算区域划分为两个计算区域,内域包含螺旋桨,并将桨叶表面以及桨毂表面的网格进行加密。通过将螺旋桨推力、转矩系数及效率等水动力特性参数的计算值与试验数据进行对比分析,验证了本数值方法的可靠性。利用多相流混合模型计算了螺旋桨的定常空泡性能,并简要分析了不同空泡数下的螺旋桨空泡性能,为以后预报螺旋桨空泡性能提供一种可行方案。     

船后螺旋桨空泡数值预报及试验对比

文章研究了湍流模型对螺旋桨空泡计算结果的影响,结果表明常用的湍流模型均可较好地预报螺旋桨空泡形态。采用RANS求解器,结合SST k-ω湍流模型和Sauer空化模型,数值模拟了船后螺旋桨空泡。用对称面边界条件处理自由表面,滑移网格技术处理螺旋桨旋转,时间步长为1°。螺旋桨空泡模拟结果与大型循环水槽试验结果进行了对比,虽然由于计算网格稀疏的原因没能捕捉到螺旋桨梢涡空泡,但螺旋桨空泡随空间角度的动态行为与试验观察结果吻合较好。     

均匀流中螺旋桨无空泡噪声数值预报方法验证分析

为了分析敞水螺旋桨噪声性能,以某一螺旋桨为研究对象,采用大涡模拟方法对其敞水水动力性能进行计算,所得结果与试验值误差较小;然后运用基于无限元方法的声学软件Actran对螺旋桨的无空泡噪声进行数值模拟,并对特征点频谱曲线、螺旋桨声压云图、声指向性与衰减特性进行分析,得到单极子噪声特性-径向声压级高于轴向声压级,并且随着距桨中心距离的增大,声压级衰减速度减小,径向与轴向声压级差距缩小;验证数值预报方法的有效性,为船桨一体噪声数值模拟提供参考.     

均匀流中螺旋桨无空泡噪声数值预报方法验证分析

为了分析敞水螺旋桨噪声性能,以某一螺旋桨为研究对象,采用大涡模拟方法对其敞水水动力性能进行计算,所得结果与试验值误差较小;然后运用基于无限元方法的声学软件Actran对螺旋桨的无空泡噪声进行数值模拟,并对特征点频谱曲线、螺旋桨声压云图、声指向性与衰减特性进行分析,得到单极子噪声特性-径向声压级高于轴向声压级,并且随着距桨中心距离的增大,声压级衰减速度减小,径向与轴向声压级差距缩小;验证数值预报方法的有效性,为船桨一体噪声数值模拟提供参考。     

螺旋桨非定常片空泡CFD数值方法研究

应用雷诺平均的N-S方程结合改进VOF空化模型模拟了螺旋桨非定常片空泡。应用全六面体网格对螺旋桨模型计算域进行了网格划分,数值计算中通过计算螺旋桨敞水性能对计算方法进行了验证。应用SST-SAS湍流模型及修正的VOF空化模型模拟了HG01螺旋桨非定常片空泡,该数值方法对螺旋桨片空泡的发展过程和形状与实验结果吻合良好。     

螺旋桨空泡噪声测量与分析

通过对空泡水筒中螺旋桨进行空泡噪声测量试验,采集了螺旋桨在空化条件和非空化条件下的噪声信号。借助数字信号处理技术对声信号进行频谱分析,研究空泡噪声特征信号在频域的特征和规律,以便判别或预报这类空泡及其噪声特性。此次试验特别引入加速度计,测量了螺旋桨动力仪引起的机械振动信号,并得出其信号对水听器采集的水声信号影响较大,可采用噪声消除方法降低干扰。试验表明,噪声频率在高频时空化噪声比非空化噪声声功率级增加约20 dB。另外,详细介绍了噪声测量系统和测试方法,同时也采用高速摄像机对螺旋桨空泡进行了观测。     

均匀流场中螺旋桨空泡数值模拟

在FLUENT软件中,采用多块结构化网格对业内选作标桨的E779A桨和PPTC桨进行了均匀来流下的空泡数值模拟。空泡模型采用基于输运方程的完整空化模型。研究表明:不可冷凝气体质量分数对空泡流场的计算结果影响较大。比较发现:数值预报的空泡形态,无论叶背部还是叶面部的片空泡,均与试验结果吻合较好;相同工况下所得螺旋桨推力系数、扭矩系数也与试验结果一致。     

螺旋桨梢涡空泡初生及尺度效应研究

应用气泡动力学方程和气泡运动微分方程研究了螺旋桨梢涡空泡的初生问题,并根据简化Reyleigh-Plesset方程推导了不同尺度模型空化初生空泡数换算公式,建立了空化初生尺度换算模型,研究了螺旋桨梢涡空泡初生尺度效应问题。螺旋桨梢涡流场应用RANS方法求解,湍流模型为经过旋转和曲率修正的代数雷诺应力模型(EARSM-CC)。计算结果表明,文中建立的数值方法能够准确预报出螺旋桨梢涡流场分布;螺旋桨梢涡空泡初生空泡数计算结果高于试验观察值;应用文中建立的空化初生尺度换算模型得到的结果与数值模拟结果基本吻合,而且其结果偏于安全。     

基于动网格的螺旋桨空化数值模拟

利用Schnerr-sauer空化模型及RNG k-ε湍流模型,并采用动网格模型对DTMB4381螺旋桨进行空化数值模拟。在进速系数J=0.7,空泡数σ=3.5条件下,预报的空泡形态与公开发表试验及数值模拟结果吻合度较好。因此,利用该方法可以较好地预报空泡性能,为进一步研究螺旋桨空化问题打下基础。     

基于FINE/Marine的螺旋桨水动力性能研究

以标准DTMB 4119桨为研究对象,基于黏性流计算软件Fine/Marine,采用RANS方法预报螺旋桨敞水性能,对不同进速系数下的推力系数和扭矩系数进行模拟计算。计算过程中分别采用旋转坐标系及滑移网格2种方法,其中,在采用滑移网格计算时,分别考虑湍流模型、非线性迭代步数及迭代时间步长对计算结果的影响。经过与试验结果进行对比分析及各方法间的比较,总结了各方法的特征与优劣,并验证了2种方法在螺旋桨敞水性能预报中的可靠性与有效性。该预报思路和方法可为后续螺旋桨水动力性能研究提供借鉴和参考。     

带前置定子的导管桨片空泡数值预报及梢涡空泡起始判别研究

对水下航行体后带前置定子的导管桨片空泡和梢涡空泡起始进行研究。首先,采用基于混合网格的RANS求解器结合Singal空泡模型,数值模拟带前置定子导管桨片空泡形态,并与试验结果进行对比,预报的片空泡形态与试验结果吻合良好,表明用该方法预报水下航行体后带前置定子导管桨片空泡可行;其次,对水下航行体后带前置定子的导管桨多个方案全湿流动进行了数值模拟,通过梢部端面的最小压力值判断空泡起始,与试验结果进行比对,其吻合良好,表明可用该方法判别梢涡空泡起始。     

非均匀粘性流场螺旋桨非定常水动力性能研究

基于RANS方程和RNG k-ε湍流-模型,采用结构-非结构多块混合网格研究了船后非均匀流场中螺旋桨的非定常水动力性能。计算了DTMB4119螺旋桨的敞水性能,考察了网格依赖性。采用傅立叶变换进行了螺旋桨伴流场的谐调分析,并结合UDF功能实现了模型试验伴流场的输入。采用滑移网格技术模拟了非均匀流场中HSP螺旋桨的非定常特性。计算结果与试验结果的比较表明,建立的船后螺旋桨的非定常受力及表面压力分布计算方法精度较高,能够满足工程应用要求。     

基于OpenFOAM的螺旋桨敞水性能预报方法

为深入研究螺旋桨周围的粘流问题,基于面向对象的开源CFD计算平台OpenFOAM,选择DTMBP4119桨作为对象,利用RANS方程计算了桨的敞水性能,并分别考察了网格依赖性和离散格式的影响。同时分析了不同半径处叶剖面的压力分布及桨前后的流场速度分布。为保证对流项离散的稳定性和高精度性,采用了二阶NVD格式Gamma混合差分格式,选取k-wSST模型作为湍流模型,压力速度耦合采用SIMPLE松弛算法。计算结果与试验数据吻合较好。研究建立了基于OpenFOAM的螺旋桨敞水性能预报方法。     

导管螺旋桨水动力性能分析及附加节能装置性能预估

本文采用基于RANS方程的 湍流模型,对No.19A+KA导管螺旋桨的敞水性能进行数值计算,得到的结果与试验数据进行比较,误差满足工程精度要求。在此基础上以该桨为母型,采用相同的计算方法,对加上毂帽鳍的螺旋桨节能性能进行了预报,结果表明毂帽鳍使从螺旋桨出来的毂涡减少,消除毂涡引起的诱导阻力,提高了螺旋桨推进效率。     

带前置导叶桨潜艇自航试验的数值模拟与自航因子预报

本文根据RANS代码,采用移动网格滑移交接面技术对假想的带前置导叶潜艇的自航试验、螺旋桨敞水试验进行模拟,并依据试验结果验证之,发现该方法能够较好地预报螺旋桨推力、扭矩.而后,与潜艇阻力试验相结合,预报潜艇自航因子,通过与试验结果的比较分析,验证了方法的可靠性.     

舵桨相互作用下现代船舶绕流数值研究（英文）

Reducing the fuel consumption of ships presents both economic and environmental gains. Although in the past decades,extensive studies were carried out on the flow around ship hull, it is still difficult to calculate the flow around the hull while considering propeller interaction. In this paper, the viscous flow around modern ship hulls is computed considering propeller action. In this analysis, the numerical investigation of flow around the ship is combined with propeller theory to simulate the hull-propeller interaction. Various longitudinal positions of the rudder are also analyzed to determine the effect of rudder position on propeller efficiency. First, a numerical study was performed around a bare hull using Shipflow computational fluid dynamics(CFD) code to determine free-surface wave elevation and resistance components.A zonal approach was applied to successively incorporate Bpotential flow solver^ in the region outside the boundary layer and wake, Bboundary layer solver^ in the thin boundary layer region near the ship hull, and BNavier-Stokes solver^in the wake region. Propeller open water characteristics were determined using an open-source MATLAB code Open Prop, which is based on the lifting line theory, for the moderately loaded propeller. The obtained open water test results were specified in the flow module of Shipflow for self-propulsion tests. The velocity field behind the ship was recalculated into an effective wake and given to the propeller code that calculates the propeller load. Once the load was known, it was transferred to the Reynolds-averaged Navier-Stokes(RANS) solver to simulate the propeller action. The interaction between the hull and propeller with different rudder positions was then predicted to improve the propulsive efficiency.     

螺旋桨敞水性能计算及堵塞效应研究

根据螺旋桨的投影原理以及其几何参数,用三维建模软件 CATIA 建立三维螺旋桨数值模型。根据计算流体动力学（CFD）原理,使用流体动力学软件 Fluent 对螺旋桨数值模型进行分析计算。采用 RANS 方法结合RSM 湍流模型求解螺旋桨三维粘性流场,计算域的离散采用非结构网格方法,运用相对旋转坐标方法（MRF）来模拟螺旋桨的运动,以此求出该螺旋桨在常态以及堵塞效应下的流场特性,并将螺旋桨的数值计算结果与试验结果进行对比以确定该方法的适用性。最后研究堵塞效应的相关性质并将螺旋桨普通敞水性能与螺旋桨在堵塞效应下的敞水性能进行对比,得出堵塞效应对螺旋桨敞水性能的影响。     

CFD敞水螺旋桨性能计算分析

根据螺旋桨的投影原理及其型值参数,建立螺旋桨的三维模型。基于计算流体动力学(CFD)理论和CFD商业软件进行研究,采用分区混合网格方案和动网格技术及旋转坐标(MRF)方法,结合RANS方程和RNG湍流模型对螺旋桨三维粘性流动进行数值模拟,得到该螺旋桨的推力及其转矩。经与试验结果比较分析,证实该方法能实现对螺旋桨的敞水粘性流场模拟,预报其敞水性能。