基于大涡模拟的螺旋桨毂涡结构分析与建模

为了分析螺旋桨毂涡结构和建立毂涡模型,用大涡模拟方法对敞水螺旋桨的水动力和流场进行数值计算,并通过试验模型的水动力测试和LDV流场测量进行了验证。在此基础上,通过毂涡周向平均切向速度分布特征的分析,找到了描述毂涡强度及扩散过程的控制参数,并基于Oseen涡的切向速度分布形式建立了毂涡模型。通过涡量分布及压力等值面描述了瞬态毂涡结构,发现毂涡中存在两根互相缠绕的螺旋形集中涡,且毂涡大尺度拟序结构的旋转频率明显高于螺旋桨轴频。     

螺旋桨梢涡及梢涡空泡数值模拟

以PPTC(Potsdam Propeller Test Case)桨为研究对象,探索了螺旋桨梢涡及梢涡空泡的数值模拟方法。通过梢涡区域的划分及网格加密,对螺旋桨无空化流场进行了数值模拟,成功捕获了梢涡;然后基于均质混合流模型和Zwart-Gerber-Belamri空化模型对空化流场进行了数值模拟;并将计算结果与试验数据进行了广泛的比较和分析,以校验计算网格和计算方法。研究表明:无论片空泡还是梢涡空泡的计算结果均与试验观测吻合良好;同时,所得螺旋桨推力和扭矩系数也与试验值符合良好;有效地实现了梢涡捕捉及梢涡空泡模拟。同时指出,水中含气率对推力和扭矩系数的影响大于空泡形态。     

基于PIV实验数据的螺旋桨尾涡结构分析

为了预报螺旋桨非定常水动力性能,针对大量的螺旋桨尾流场二维PIV试验数据,分析了尾流中尾涡片经过区域速度的分布情况,分析了螺旋桨尾涡结构。获得了速度亏损、涡片分层等诸多尾流特征,获得了螺旋桨尾涡静态结构特征以及该结构特征在尾流中的演化。文中分析所获得的定量信息可以为螺旋桨设计以及螺旋桨非定常水动力性能预报提供帮助。     

导管螺旋桨叶梢泄漏涡机理研究及一种推迟梢涡空化的方法

  目的  旨在研究梢隙涡（TLV）空化发展对涡核特性的影响规律。  方法  结合SST k-ω 和Zwart-Gerber-Belamri空化模型,对不同空化工况下的导管桨梢隙涡空化流场开展数值模拟研究,然后在验证数值模拟可靠性的基础上,基于汽相体积分数等值面图和Q准则,分别对梢隙涡空化发展及涡核特性演变规律展开研究。  结果  结果显示,梢隙涡空化的发展使得稳定的泄漏流空化面积不断扩大,当发展至特定工况时,梢隙涡空化会在泄漏空化的随边处发生旋拧;若空化继续发展,将对导管桨的性能产生显著影响。空化的发展使得梢隙涡逐渐远离叶片吸力面,并使涡心处的流速分布更为复杂,当空化数σ = 1.488时,空化的持续发展会显著降低梢隙涡的强度。随着梢隙涡向下游发展,梢隙涡卷吸来自壁面周向涡量的能力不断减弱,并且间隙处的湍动能会随着梢隙涡的发展逐渐输运至涡心处。  结论  研究方法和研究结果可为水力旋转机械的性能预测和梢隙涡空化的控制提供相应的理论指导。     

应用涡格法的超空泡螺旋桨设计

本文论述了一种超空泡螺旋浆的精确设计方法。在前篇论文中，用Ｇｏｌｄｓｔｅｉｎ的升力线理论计算环量分布和水动力螺距。并用两种近似方法作了升力面修正。发展了一种利用双抛物线多项或考虑拱度影响的改进修正方法。另外，利用由第列试验获得的经验公式进行包括叶栅效应的螺距修正。在本文中，应用涡格法直接完成了了升力面修正。更精确的环量分布是用Ｌｅｒｂｓ的升力线理论进行计算的。     

艇桨耦合状态螺旋桨水动力与噪声数值预报方法研究

本文给出了基于大涡模拟(LES)与Powell涡声理论的艇桨耦合状态螺旋桨水动力与噪声数值预报方法.首先描述了LES方法与Powell涡声理论及其声学远场解;然后利用LES结合滑移网格计算了AU5-65螺旋桨敞水工况的水动力,得到了推力系数、扭矩系数与敞水效率,给出了螺旋桨梢涡、叶根涡、毂涡的流动结构空间分布,又计算了SUBOFF潜艇带AU5-65螺旋桨自航工况水动力,获得了实效伴流分数、推力减额与相对旋转效率等自航因子,分析了螺旋桨在艇后旋转时的涡旋结构,并将敞水与自航水动力计算结果与试验结果进行了对比分析,验证了流动计算方法的可靠性;最后,在对流动声源数值计算的基础上,对敞水与自航工况下的螺旋桨噪声进行了数值预报,并与试验结果进行了对比分析,分析了声压谱谱型与幅值,辨识了艇桨耦合流动对于螺旋桨噪声的影响,验证了数值预报方法的适用性与可靠性.     

应用表面涡格法的空泡螺旋桨性能分析

本文讨论了表面涡格法在船用螺旋桨局部空泡和超空泡条件下的应用。螺旋桨桨叶和空泡用桨叶表面和空泡表面上的涡格和源分布表达。该方法基于速度场和奇异要素强度的控制方程由桨叶表面和空泡表面上的两类边界条件确定。由桨叶在无空泡状态下的压力分布得到起始空泡拓展，并通过迭代过程，使得空泡表面上的每个网格满足边界条件时计算空泡形状。本方法算出的桨叶表面上的压力分布，空泡扩展和厚度的结果与实验结果和其他理论的计算结     

表面涡格法的非定常螺旋桨特性分析

本文研究了表面涡格法在不均匀流中船用螺旋桨的应用。表面涡格法是在一般涡格法的基础上通过在桨叶的上下表面分布马蹄涡和面源分布模拟绕升力包括粘笥和体积影响的流动。该方法的优点是：与其他网格法相比对尾涡和下泄涡对流不仅对定常状态而且对非定常状态都可自动地满足库塔条件。     

螺旋桨梢涡流场的DES模拟

文章应用分离涡模型（DES）对螺旋桨尾流中梢涡流场分布进行了数值研究。为准确模拟螺旋桨梢涡流场的信息,应用全六面体网格对螺旋桨计算域进行网格划分,通过迭代计算确定螺旋桨梢涡涡核的位置。为避免数值离散误差,对梢涡区域进行了网格加密处理。为了研究螺旋桨梢涡空间形态,文中采用涡核识别的“Q准则”,对螺旋桨梢涡等值面进行定义。计算结果表明,该文建立的尾流中梢涡流场分布数值模拟方法能够准确预报出螺旋桨梢涡流场的分布及涡核形状,与实验测量结果相符。     

基于分离涡模拟的对转舵桨水动力性能数值分析

基于OpenFOAM 软件平台,采用改进的延迟分离涡模拟(IDDES)模型,结合滑移网格方法,对一组对转桨和对转舵桨的水动力性能进行数值预报,并利用快速傅里叶变换(FFT)对推力系数进行频谱分析。对转桨数值计算结果与模型试验结果比较,推力、扭矩系数以及推进器效率的误差分别在3%、2%和5%左右,验证了该数值方法的可行性。对转舵桨数值计算结果提示:压差阻力是吊舱和立柱阻力的主要成分,在立柱的前端存在回流,对立柱的优化设计可以从这两方面入手;立柱和吊舱的存在能够减小轴承力导致的振动。     

光滑深海立管涡激振动 DES模拟

针对深海立管涡激振动流场建立计算模型,分析了第一层网格高度、网格数量、时间步长对深海立管涡激振动DES模拟的升力系数、阻力系数、斯特罗哈尔数的影响,通过与文献中实验、计算数据的对比,说明SSTk-ω湍流模型基础上的 DES方法模拟低雷诺数深海立管涡激振动准确合理;网格第1层高度对计算精度影响较大,按0.51确定 DES方法的第1层网格高度可得到满足要求的。     

螺旋桨旋涡发放数值模拟

基于LSDYNA软件和任意拉格朗日—欧拉（ALE）方法,建立螺旋桨与流体相互作用的有限元模型,数值计算螺旋桨固定桨叶在前方来流下的流体动力特性和结构力学性能,分析总结桨叶后方旋涡运动和桨叶内部应力变化的规律。结果表明,螺旋桨桨叶的不规则形状导致了桨叶后方旋涡的相互作用,桨叶单元所在位置的厚度以及该位置与约束位置的距离决定了单元应力的大小。数值模拟得出的结论对研究螺旋桨＂唱音＂现象有一定的参考价值。     

双桨船螺旋桨的适伴流设计

讨论了双桨船和单桨船伴流场的不同特点,给出了双桨船切向伴流的分析方法和不同旋向下的螺旋桨设计结果,指出双桨船适伴流设计考虑切向伴流影响的必要性.内旋设计桨在大型循环水槽中进行了模型试验,试验结果表明螺旋桨的空泡和脉动压力性能优良.     

平板和翼型壁面上振荡流底边界层中拟序涡结构运动演化的大涡模拟研究

本文结合飞行器和船舶减阻机理的研究，利用大涡模拟的方法，建立了模拟振荡流边界层湍流运动特性的数学模型，进而对飞行器和船舶设计中遇到的，较为典型的两种边界层流动中拟序涡的生成过程进行模拟研究，计算结果表明，在振荡流加速阶段，靠近壁面处的流动由于剪切层的不稳定性而产生紊动，但受到主流的抑制不能得到充分发展，振荡流随着减速阶段的开始，紊动逐步变得更加强烈，并形成拟序涡结构。本文工作为进一步研究如何控制或适应边界层中湍流结构，达到减阻的效果打下了可靠的基础。     

基于Vortex的客滚船拉锚仿真分析

针对拉锚试验仿真提出一种分析方法。以某客滚船为研究对象,基于变质量运动学理论,利用SolidWorks和Vortex软件开发、创建一种实时有效的锚系动态仿真方法,并与现场拉锚场景进行比对,以验证该方法的可行性和可靠性,为锚系仿真提供有效参考,并为取代木模试验提供条件。     

集装箱船尾伴流场和螺旋桨参数分析

通过搜集近几年集装箱船螺旋桨相关数据,统计分析了集装箱船随装箱量增加带来的船型、主机功率及船尾伴流场的变化,以及经济因素等带来的螺旋桨负荷和相关主参数特征设计的变化,为当前集装箱船螺旋桨设计主参数的选取提供参考,具有较强的工程意义。     

螺旋桨在均匀流场中的非定常水动力数值模拟

采用滑移网格技术,使用基于求解RANS方程的CFD软件数值模拟均匀流场中的螺旋桨非定常水动力性能.为了真正实现螺旋桨的旋转运动,在计算过程中采用定长多运动参考系模型计算出初始流场,再用滑移网格模型完成整个计算.数值计算得到的推力系数和转矩系数与实验结果吻合良好,验证了该方法应用于螺旋桨水动力性能研究的可行性.     

螺旋桨负载的仿真数据管理技术分析

为确保电力推进系统能满足使用要求,通过仿真技术模拟真实的、复杂多变的螺旋桨负载来支持系统和设备的设计。对螺旋桨负载的数据管理是船桨模型开发和设计的主要技术支撑。通过螺旋桨负载数据管理,研究人员就可正确、迅速地对其设计方案的流体动力性能做出预报,并与其他具有相近使命要求的模型方案作比较。