螺旋桨水动力性能研究进展

升力面理论的应用日趋完善,面元法和N-S方程的方法已逐渐成为螺旋桨设计与水动力预报的主流,特别是能提供桨叶表面流动精细描述的CFD方法。虽然运用粘性流预报螺旋桨水动力性能的CFD方法较基于势流理论的升力线、升力面和面元法表现出较强的优越性,但是势流理论的完善性使其仍是螺旋桨设计和计算中最常用的工具。本文较全面地介绍了国内外螺旋桨水动力性能研究的最新进展,为螺旋桨相关研究提供参考。     

螺旋桨水动力性能计算粘性流体CFD方法的应用与研究

近年来,随着计算机技术的不断发展和计算能力的不断提高,计算流体力学成为预报螺旋桨水动力性能及获取船舶螺旋桨周围的粘流场等流动特征的一个重要手段。本文以DTRC 4119螺旋桨作为研究对象,介绍粘性流体CFD方法在螺旋桨敞水性能预报中的数值模拟流程。基于粘性流体CFD方法,对粘性流场中敞水螺旋桨的水动力性能进行预报,通过与实验数据对比,分析在不同进速系数下的推力系数、转矩系数、螺旋桨表面压力分布以及螺旋桨后尾流场等情况。根据结果的比较分析可知,基于CFD方法可以形象、真实地获知螺旋桨表面的压力以及尾部流场的分布情况。最后总结了在CFD数值模拟中应注意的问题。     

基于CFD方法模拟舰船拖拽特性研究

船舶的拖拽特性有着非常重要的影响,决定了船舶的行驶阻力、动力与操纵性能等,研究舰船的拖拽特性具有重要的意义。本文针对舰船动力系统的螺旋桨进行流体动力学建模,对CFD计算流体力学的原理进行了介绍,并基于计算流体力学CFD对舰船的拖拽特性进行仿真分析。     

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。     

船用螺旋桨噪声研究进展

船用螺旋桨位于船舶最末端,既是驱使船舶前进的一个重要部件,又是船舶航行中引起噪声问题的一个主要因素。文章概述了螺旋桨空泡噪声、螺旋桨无空泡噪声和螺旋桨鸣音产生的原理,详细介绍目前国内外对这3种螺旋桨噪声的研究现状,分析并归纳研究螺旋桨噪声采用的方法,指出未来研究船用螺旋桨噪声的方向。     

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。     

基于CFD方法的螺旋桨敞水数值实验研究

本文尝试用CFD方法预测螺旋桨敞水性能的可行性研究。运用流体动力学数值计算软件CFX,采用三维粘性不可压缩雷诺平均应力方程(RANS)和多种湍流模型,对一例螺旋桨进行了表面压力、流场速度分布等物理量的数值模拟以及推力系数、扭矩系数、推进效率等螺旋桨敞水性能指标的计算,并与已有拖曳水池实验图谱进行比较分析,总结出一定规律,同时比较分析了几种常用的湍流模型的计算结果。     

串列螺旋桨水动力性能的数值预报

为了分析串列螺旋桨的水动力性能,本文运用计算流体动力学理论,结合雷诺时均RANS方程和相对运动参考坐标系对其三维定常粘性流动进行数值模拟。应用Fortran语言编制程序计算螺旋桨的型值点,并采用三次样条曲线拟合各点,建立串列桨三维模型。以某一串列螺旋桨作为研究对象,得到螺旋桨的推力系数、转矩系数以及流域内速度分布等水动力特性参数,并给出敞水性能曲线。计算结果与试验数据吻合较好,验证了数值方法的可行性和准确性。     

串列螺旋桨水动力性能的数值预报

为了分析串列螺旋桨的水动力性能,本文运用计算流体动力学理论,结合雷诺时均 RANS方程和相对运动参考坐标系对其三维定常粘性流动进行数值模拟。应用 Fortran语言编制程序计算螺旋桨的型值点,并采用三次样条曲线拟合各点,建立串列桨三维模型。以某一串列螺旋桨作为研究对象,得到螺旋桨的推力系数、转矩系数以及流域内速度分布等水动力特性参数,并给出敞水性能曲线。计算结果与试验数据吻合较好,验证了数值方法的可行性和准确性。     

大侧斜螺旋桨敞水性能分析

使用计算流体力学软件FLUENT模拟某大侧斜可调桨敞水的粘性流场,并计算其水动力性能。使用前处理软件GAMBIT建立螺旋桨实体模型并设定计算域和划分网格。选取若干进速,采用RNG模型进行计算,得到大侧斜桨的推力及其转矩,与试验结果比较分析,证明计算模型的可靠性,从而实现对螺旋桨的敞水粘性流场模拟,预报其敞水性能。     

海洋异物接近对导管螺旋桨服役性能影响研究

螺旋桨是目前船舶及海洋装备重要推进装置,其工作可靠性及服役性能对我国海洋战略的实施具有非常重要的意义。复杂海洋环境下螺旋桨服役性能除受到风、浪、流等环境因素影响外,还受到周围其他海洋异物的影响,进而引起螺旋桨载荷特性发生突变。本文基于计算流体力学基础理论,建立导管螺旋桨水动力学数值仿真模型。将海洋异物接近过程简化为准定常过程,分析不同接近距离对导管桨水动力性能的影响。基于流固耦合理论,将水动力学载荷施加在桨叶表面,获得不同接近距离时桨叶应力、应变的变化特性。研究结果表明：海洋异物的接近会对导管桨水动力学特性产生较大的影响作用。当异物接近距离为0.01 m时,导管桨推力将增加11.74%,扭矩增加12.73%,桨叶最大应力值增加32.06%,最大形变量增加30.28%。本文研究工作对导管桨服役性能评估及疲劳寿命预测具有非常重要的参考意义。     

螺旋桨射流对抛石基床冲刷的数值计算

抛石基床遭螺旋桨射流冲刷破坏而危及码头使用安全,是近几年码头检测评估工作中的新问题,国内海港工程设计规范中未考虑船舶尾流作用对抛石基床的冲刷影响。采用计算流体力学软件Fluent建立螺旋桨射流流场三维数值模型,并利用螺旋桨射流流速的理论研究成果对数值模型进行验证。通过数值模拟,研究螺旋桨射流在码头岸壁和基床底面影响下的变化规律,建立了船舶尾流在重力式码头前沿的最大冲刷流速及其位置的经验公式。     

现代船用螺旋桨设计应用程序研究

通过建立在现代螺旋桨数值升方面理论一涡格法基础上的计算程序的数值试验，对照实验数据，改进了程序计算结果的准确性。应用程序设计了螺旋桨，并进行了模型试验，螺旋桨的推进和空泡性能符合设计要求，进一步证明了设计程序的实用性和可靠性。为了方便应用程序，采用混合编程形式，构成现代螺旋桨实用程序包。该程序包可以完成螺旋桨理论设计、水动力性能计算、最佳侧斜选择和绘制螺旋桨图纸等工作。     

基于数值方法的船用铝合金螺旋桨性能和强度分析

验证升力面法和有限元法在螺旋桨水动力性能预报和桨叶强度分析中的计算精度,运用这两种方法对某铝合金螺旋桨进行分析设计。结果表明,在其水动力性能、强度等均满足设计要求的前提下,铝合金桨比青铜桨减重158.3 kg,减重比达59.2%。     

Fatigue predictions for flexible marine propellers using FSI analysis considering Euler force in the rotating frame

Analysis of flexible marine propellers in terms of their structural response and stress is the key to accurate fatigue prediction. At present, finite element method (FEM) analyses of flexible propellers have been performed as a part of the fluid–structure interaction (FSI) analysis using a numerical method for the flexible structures, which is identical to that used for their rigid counterparts. In this study, the Euler force in a rotating frame is employed as an additional external force on the blades of the marine propeller during the FSI analysis. The Euler force is an inertial force component in the rotating frame due to angular acceleration. Acceleration of the rotating frame arises from large deformations of the propeller due to its flexible characteristics. The angular acceleration of the propeller is obtained for each time step, and the resulting Euler force is accounted for as a body force. The FSI analysis results are compared to experimental results in terms of the structural response, stress, and fatigue. It is clear that the Euler force has a major effect on the fatigue characteristics of the propeller because it amplifies the main response components. In conclusion, incorporating the Euler force in FSI analyses of flexible marine propellers is necessary for adequate prediction of the propeller fatigue.     

毂帽鳍的节能机理分析

应用计算流体力学方法（CFD）,结合 RNG湍流模型和动参考系计算模型（MRF）,对普通桨和桨+毂帽鳍的敞水水动力性能进行计算,通过对毂帽鳍及螺旋桨叶片的受力情况进行研究,结合普通桨和桨+毂帽鳍2种情况的桨后尾流场分析,结果表明,桨后毂帽鳍上产生的推力和扭矩有限,桨+毂帽鳍的节能机理主要是利用毂帽鳍削弱了毂涡,改善了桨后流场周向速度,提高了前桨的推力,从而提高了效率。     

全回转吊舱螺旋桨设计及其水动力性能研究

全回转吊舱推进器作为现代最先进的特种推进设备之一,近几年来其整体的水动力性能研究一直备受行业热点关注,但是针对吊舱螺旋桨设计的研究却相对较少,由于吊舱的独特结构形式,螺旋桨、舱体、吊柱等结构相互影响,因此螺旋桨设计方法和常规推进器的设计有着较大的差别,本文使用数值升力面的理论设计方法结合CFD计算方法,探索出吊舱螺旋桨水动力变化规律,分析吊舱结构对螺旋桨的水动力性能影响,为吊舱推进器的螺旋桨设计提供了一种可靠的方法。     

船舶推进节能研究：导轮的理论设计和实验

本文分析了应用导轮装置可将常规螺旋桨尾流能量转换为推进功率的原理,给出了以升力线理论为基础的导轮设计方法。为了检验给出理论公式的实际设计效果,对一条2000t的综合节能船作了螺旋桨/导轮组合推进装置的设计,在空泡水筒内进行了单独螺旋桨和螺旋桨加导轮组合装置的对比模型试验。为了探讨螺旋浆加装导轮后尾流场的变化,在对比模型试验中,用一维大功率激光测速仪进行了尾流轴向和切向速度的测量。试验结果表明,常规螺旋浆加装导轮装置后,确可减少尾流中的能量损失,提高给出实例中的螺旋桨效率达10％,与理论设计预估结果相当一致。