导管螺旋桨水动力性能试验及数值研究

为了研究导管螺旋桨的推力、扭矩和敞水效率等主要水动力参数和进速系数之间的关系,本文采用物理模型试验和计算流体力学（Computational Fluid Dynamics, CFD）技术相结合的方式分析导管对螺旋桨水动力特性的影响。首先在本校拖曳水池开展导管螺旋桨模型的敞水性能试验然后使用计算流体软件STAR-CCM+对导管桨模型进行数值模拟。在模拟计算中应用多参考系法（Multi Reference Frames,MRF）,分别采用不同湍流模型对导管螺旋桨的水动力性能进行计算,并与试验数据进行对比,验证了STAR-CCM+软件模拟可以对导管螺旋桨的水动力性能进行有效预报且使用SST k-ω湍流模型获得的水动力性能精度更高。研究结果表明,导管螺旋桨更适用于在低进速系数下工作的重载船舶。     

基于流固耦合的螺旋桨性能分析及参数优化

为了研究某型螺旋桨水动力及强度特性.首先建立螺旋桨实体模型,再在CFX中设置计算条件,运用CFD有限元方法计算与分析不同进速下螺旋桨的推力系数、转矩系数、敞水效率以及桨叶压力分布等水动力参数特性及其变化趋势;然后通过Workbench平台应用流固耦合方法,将CFX求解得到的螺旋桨表面压力载荷加载到螺旋桨结构强度分析模型上,对螺旋桨的强度进行计算.最后通过改变纵倾角和螺距对螺旋桨结构进行优化,并将仿真结果与原桨比较,结果表明适当增大纵倾角能增大螺旋桨强度,适当降低螺距能提高螺旋桨敞水效率、提高抗空泡性能并增大螺旋桨强度.     

基于流固耦合的螺旋桨性能分析及参数优化

为了研究某型螺旋桨水动力及强度特性。首先建立螺旋桨实体模型,再在CFX中设置计算条件,运用CFD有限元方法计算与分析不同进速下螺旋桨的推力系数、转矩系数、敞水效率以及桨叶压力分布等水动力参数特性及其变化趋势;然后通过Workbench平台应用流固耦合方法,将CFX求解得到的螺旋桨表面压力载荷加载到螺旋桨结构强度分析模型上,对螺旋桨的强度进行计算。最后通过改变纵倾角和螺距对螺旋桨结构进行优化,并将仿真结果与原桨比较,结果表明适当增大纵倾角能增大螺旋桨强度,适当降低螺距能提高螺旋桨敞水效率、提高抗空泡性能并增大螺旋桨强度。     

导管螺旋桨水动力响应特性的初步分析

本文用数值方法研究了19A/Ka4-50导管螺旋桨输入转速随时间变化情况下的水动力响应特性,对比了转速波动幅值、频率对响应特性的影响,发现导管桨推力系数、扭矩系数和效率相对于敞水实验结果均发生了迟滞效应。分析导管桨性能的变化幅度、相对于敞水实验结果的相位差,结果表明：推力系数、扭矩系数和效率的变化规律均一致,即随着转速频率的降低,同一进速系数范围内对应的导管桨性能变化幅度均减小,相位差先增后减;增大转速的波动幅值,导管桨性能变化幅度均增大,但相位差基本保持不变;此外,导管桨在较高进速系数越的情况下,性能变化幅度越小,且相位差也基本呈减小的趋势。总体来说,导管桨在较低的转速频率、波动幅值和较的进速系数时,其性能变化幅度和相位差较小,此时导管桨的响应较及时,并且效率的响应要比推力和扭矩更及时。     

基于响应面法的螺旋桨多目标优化

为了探究影响螺旋桨水动力性能的因素，基于FLUENT软件和CFD滑移网格技术对标准桨DTMB 4119进行模拟，验证该方法的可靠性；应用该方法对不同螺距比、盘面比和纵倾角的Wageningen B型螺旋桨进行数值模拟，得到这3个因素对螺旋桨推力系数、扭矩系数和效率的影响规律；基于Box-Behnken方法设计三因素三水平试验组，采用响应面法建立三因素与目标函数的优化数学模型，得到三因素对螺旋桨水动力性能的耦合影响。结果表明，影响推力系数和扭矩系数的因素按影响大小排序为螺距比>盘面比>纵倾角。同时，在现有电机功率限制条件下，优化得到产生最大推力的螺旋桨参数。     

船舶螺旋桨水动力性能数值分析

为获取船舶螺旋桨的水动力性能，采用多参考系模型（Multi-moving Reference Frame，MRF）法，运用重正化群（Renormalization Group，RNG）k-ε湍流模型计算定常条件下的螺旋桨水动力性能，研究不同进速比与不同盘面比条件下的螺旋桨水动力性能，分析不同进速条件下的螺旋桨推力与扭矩等水动力参数变化特性。结果表明：随着进速比的增大，螺旋桨的推力与扭矩呈现下降趋势；在盘面比由0.45增大至0.55时，螺旋桨的推力与扭矩随着盘面比的增大而增大，但在盘面比由0.55增大至0.60时，螺旋桨的推力与扭矩减小。因此，在设计螺旋桨的过程中，需要考虑盘面比对螺旋桨水动力性能的影响。     

空泡下双向冰级桨水动力性能试验研究

针对空泡效应对双向冰级螺旋桨的正车性能和倒车性能的影响,本文采用螺旋桨模型空泡水筒试验方法,探讨均流环境中空泡数和进速系数对螺旋桨正车和倒车水动力影响,以及在冰阻塞环境中空泡数、进速系数和冰-桨距离对螺旋桨正车和倒车水动力性能影响。研究结果表明：均匀流环境中定水速变转速,严重的空化现象对推力和扭矩的削减大于由螺旋桨转速增加而增加的推力和扭矩;冰阻塞环境中定转速变水速,螺旋桨推力和扭矩受到冰阻塞和空泡共同作用,当空化严重时,推力和扭矩不再随阻塞距离的减小而增加;本双向螺旋桨的倒车性能要比正车性能差,进速系数越大,性能差越大,均匀流中进速系数为0.7时,推力系数的差值在80%左右;冰阻塞中随着冰-桨距离的增加,水动力差值随之增加,但增加幅值较小;空泡不断地在桨叶生成,并在与桨叶分离时快速溃灭,随着冰-桨距离的减小,近冰桨叶表面空化现象越严重,空泡发生面积越大,且空泡形状越不规则。     

冰对螺旋桨水动力性能影响的试验研究

为了探究螺旋桨-冰相互作用过程中螺旋桨水动力性能的变化,研究了非冻结模型冰在轴向运动时螺旋桨推力和扭矩随螺旋桨-冰之间距离以及螺旋桨不同进速系数的变化规律,以及非冻结模型冰在横向和垂向运动时螺旋桨推力和扭矩的变化规律。试验结果表明,螺旋桨在阻塞状态下推力和扭矩的值与敞水实验值相比显著增加;螺旋桨推力和扭矩随螺旋桨-冰之间距离的减小,先逐渐增加后增加值不稳定;非冻结模型冰在横向运动时螺旋桨推力不变,扭矩表现为在横向右端时最大;非冻结模型冰沿垂向运动时越往下运动螺旋桨推力和扭矩越大;区分了非冻结模型冰极端尾涡和螺旋桨-冰之间距离对螺旋桨水动力性能的影响。文中的试验设计和相关结论对于螺旋桨-冰相互作用的进一步研究有着一定的指导意义。     

复合材料螺旋桨水动力特性的流固耦合数值模拟

为了分析复合材料螺旋桨变形对其水动力性能的影响,利用FLUENT和ANSYS结构模块建立了一种流固耦合的方法。基于此方法分析了桨叶变形对敞水曲线,桨叶附近流场及其表面压力的影响。研究结果表明,初始几何为无侧斜无纵倾的螺旋桨变形后纵倾发生改变,使推力和扭矩系数变大,且推力系数和扭矩系数的增值随进速系数减小而增大。变形后的螺旋桨桨叶表面压力增大,压力系数变化最大值可达40%,螺旋桨轴向诱导速度变化最大值可达18.7%。     

带有推力鳍的吊舱推进器水动力性能研究

本文使用FLUENT软件对拖式吊舱推进器的水动力性能进行分析。由于涉及到螺旋桨、桨毂和舱体、支架的相互干扰问题,本文采用多参考系模型来进行相互干扰平均效果的计算。本文计算不同进速系数下普通吊舱推进器的推力系数、扭矩系数,与实验数据进行对比,并绘制敞水性能曲线。同时提出了几种带有推力鳍的吊舱推进器,对其进行了水动力性能计算,并与普通吊舱推进器的水动力性能进行比较,本文最后分析推力鳍对吊舱推进器水动力性能的影响。     

轮缘推进器水动力性能影响因素数值研究

为指导轮缘推进器(RDT)水动力学设计,借助CFD方法,对RDT各主要几何特征对其水动力性能影响开展研究。首先,验证CFD数值方法分析RDT水动力特性的有效性;然后,基于CFD研究RDT水动力性能的各主要影响因素,主要包括导管的长径比、扩散比、导管收缩比和桨叶梢径比。结果表明:RDT最佳长径比随载荷系数递增,并趋于一极限值,相比于导管扩散比和收缩比,导管长径比因素更能主导RDT的设计优化;RDT最佳扩散比随载荷系数递减,并趋于一极限值,最佳扩散比随长径比递减;RDT的收缩比对水动力性能影响不及扩散比和长径比显著,最佳收缩比随载荷系数呈线性递增,随长径比递减;RDT的最佳梢径比随载荷系数递增,无毂RDT比有毂RDT具有更小的最优梢径比。研究结果可为轮缘推进器的水动力学设计和优化提供参考。     

基于CFD的导管调距桨尺度效应研究

常规螺旋桨在进行水动力实验时,需要满足临界雷诺数的要求,这样,实桨的尺度效应就可以忽略。但是,对于非常规螺旋桨,如导管螺旋桨,尺度效应能否忽略值得研究,因为机翼型导管和螺旋桨水动力性能各自随几何尺寸变化的规律不一致。基于CFD计算方法,对某导管调距桨的尺度效应进行数值研究。在获得可靠的数值模拟方法后,数值模拟了两个螺距比和两个进速下不同尺寸导管螺旋浆的流场。比尺包括1、1.7、3.4、4.25、8.5和17共6个几何尺寸。计算结果表明,导管螺旋桨敞水性能的尺度效应比预期的要明显。随着尺寸增大即雷诺数增大,导管的推力先略有增加后基本不变,螺旋桨的扭矩和推力略有下降,但效率有所增加;小螺距比工况下的尺度效应要比大螺距比的大。     

导管剖面设计对导管螺旋桨水动力特性的影响

运用计算流体的方法对导管螺旋桨的叶梢漩涡、螺旋桨周围流场和推力特性进行计算,并且通过组合不同类型的导管对比分析了梢涡的改善方法和推力性能的优化方案.计算结果表明:调整导管螺旋桨中的导管迎角,并延长导管有助于改善导管螺旋桨梢涡的产生和改善桨毂后的尾流,有利于提高导管螺旋桨的稳定性;增大导管迎角并延长导管能够使桨叶上荷载和推力分布更加均匀;在进速系数J=0.4左右,导管螺旋桨性能更优,也更高效.本文结论有助于设计出性能优良的导管螺旋桨.     

导管参数对导管螺旋桨水动力性能影响研究

对42 m拖网渔船设计了导管螺旋桨,利用FLUENT软件计算其敞水水动力性能。在保持螺旋桨形状不变的情况下,改变导管的长径比、收缩系数和伸张系数三个形状参数,分别计算并比较它们的敞水水动力性能,进而研究导管参数对整个推进器推进效果的影响规律。     

基于重叠网格的导管桨非定常水动力性能数值模拟

为了研究特种推进器导管桨在非定常下的水动力性能,本文提出一种基于重叠网格的方法,实现了导管桨旋转过程中的非定常水动力性能仿真高精度模拟。本文通过求解RANS方程,采用湍流模型Realizableκ-ε,借助新款计算流体软件STARCCM+,应用重叠网格技术和MRF模型分别计算了导管桨在非定常与定常时的水动力性能,分析了压力流场细节,并与已有试验值进行对比,验证了采用重叠网格技术和STAR CCM+流体软件应用于导管桨非定常和定常水动力性能计算的可靠性。研究结果表明,应用重叠网格技术获得的非定常水动力性能的计算精度更高,尤其是在螺旋桨的推力和扭矩方面。     

导管参数对导管桨水动力性能的影响研究

基于CFD数值计算,计算19a导管与Ka4-70桨敞水性能。研究了导管长度,前缘形状以及导管与桨之间的间隙变化对导管桨敞水性能的影响。计算结果表明,导管能够改善螺旋桨尾流。对于导管长度,存在最优长度使得导管桨敞水性能最好。19a导管前缘形状是最优的,改变前缘形状会降低导管桨的敞水性能。当间隙在一定范围内,导管与螺旋桨之间间隙越小,敞水性能越好。非对称上下间隙对导管桨的敞水性能影响较小。     

深潜器等厚导管螺旋桨敞水性能计算分析

文章利用三维设计软件系统SolidWorks对No.37 Ka4-70导管螺旋桨进行了三维实体建模,并对某深潜器使用的No.37导管外形进行了等厚处理。利用计算流体力学软件Fluent对两组导管螺旋桨模型进行了敞水数值模拟,得到了导管螺旋桨的推力,扭矩及其效率,并与图谱数据对比,证明了文章数值方法的有效性。比较数据分析了No.37导管等厚变化对ROV推进性能的影响,总结了No.37 Ka4-70等厚导管螺旋桨的优缺点。     

低速大推力导管桨水动力性能预报及优化设计

为研究低速大推力导管桨水动力性能,应用商业软件Fluent,采用RANS方法结合k-ω湍流模型,开展了对原型和改型导管桨敞水状态下的数值计算。采用多运动参考坐标框架(MRF)技术,通过局部网格加密,来模拟桨叶和导管间的间隙流动。重点考察了设计工况点的水动力性能,压力分布等,通过计算分析,对导管桨(包括桨叶、导管以及前后定子)进行了优化设计。研究发现,导管桨在低速高负荷状态下,桨叶吸力面叶梢附近有很大的低压区。提高导管推力占比,可较大幅度提升推进效率。优化后置定子,能使效率得到一定提升。相关结果进行了试验验证,吻合良好,表明该数值研究方法可靠,具有广阔的工程应用前景。