基于STAR-CCM+的导管螺旋桨黏性流场计算方法研究

以19A导管配ka4-70、螺距比为1.0的螺旋桨为研究对象,通过求解RANS方程,采用CFD方法并借助STAR-CCM+流体软件,对其敞水性能进行了数值研究,与现有试验值进行了比较,从而探讨了不同网格类型和不同湍流模型对其敞水性能计算精度的影响。分析了特种推进器在进速系数为0.3时的黏性流场特性,验证了采用STAR-CCM+进行导管桨性能数值模拟方法的可靠性,为之后的导管桨黏性流场数值研究提供了参考意见。     

某表面螺旋桨敞水性能数值计算研究

为了了解表面螺旋桨的敞水性能,本文利用通用流体力学软件STAR-CCM⁺对标准表面螺旋桨模型841 B进行了敞水性能数值仿真。通过数值计算结果与试验数据对比分析可知：推力系数Kt、扭矩系数10 Kq的计算结果与试验值吻合良好,尤其在设计点附近,误差在4%以内。证明本文提出的数值计算方案可有效与准确的预测表面螺旋桨的敞水性能,方便了表面桨的匹配计算与设计工作。     

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STAR-CCM+的螺旋桨水动力性能分析

文章运用公式将P4119螺旋桨二维坐标型值转换成三维坐标型值,导入Gambit2. 4软件建立几何模型。基于STAR-CCM+软件对该桨进行网格划分,设置边界条件和数值,仿真模拟不同进速系数下的转矩系数、推力系数、敞水效率和桨叶表面压力分布。经与试验值比较,误差均在10%以内,验证了计算结果的准确性,能够满足工程需要。     

螺旋桨敞水性能数值预报方法研究

针对E779A型螺旋桨和30.8万吨超级油轮(VLCC)螺旋桨进行敞水性能数值计算方法研究,考察了网格、计算域、压力离散格式等对数值计算的影响,并对收敛过程、结果进行了讨论、分析,使螺旋桨敞水性能计算流程进一步成熟,为进一步的螺旋桨水动力性能数值计算提供准备。     

螺旋桨粘性流场的数值模拟

对商业软件FLUENT提供的三种k-ε湍流模型进行KP505桨敞水时三个典型进速系数下的流场进行计算。选定一种湍流模型进行多个进速系数下的敞水性能计算,并把计算得到的结果与实验数据比较,吻合良好,并对螺旋桨敞水时三个典型工况进行研究,分析他们的流场特征。     

基于STAR-CCM+的潜艇周围复杂流场数值模拟

为研究潜艇周围复杂的流场分布,本文基于STAR-CCM+软件平台,结合SST k-?模型,通过求解Navier-Stokes方程,分别对均匀来流以及非均匀来流这两种来流方式下潜艇做直航运动以及斜航运动这四种工况下的周围流场进行数值模拟.首先计算了均匀来流下潜艇做直航运动时不同航速下的阻力以及表面不同位置处压力系数及摩擦阻力系数分布,与实验结果符合良好.接下来对四种工况下潜艇周围流场中的漩涡分布,尤其对位于指挥台围壳与尾翼这些附体附近区域的漩涡分布进行了分析,同时还计算了非均匀来流情况不同速度分布形式下潜艇的受力以及力矩,为潜艇平台回收AUV时路线选择提供参考.     

螺旋桨毂帽鳍水动力性能数值分析

为了预报毂帽鳍的水动力性能,采用计箅流体力学软件对粘性流场中毂帽鳍的敞水性能进行计算研究.模拟某型毂帽鳍在不同进速系数下的推力系数、转矩系数、螺旋桨桨叶表面压力分布和桨毂表面速度矢量分布情况等.通过加鳍螺旋桨与母型桨相关计箅结果的对比,得到:在低进速系数情况下,螺旋桨加鳍后使得推力系数上升、转矩系数下降,导致其效率有所增加;同时由于鳍的存在,改变了桨毂处水流的速度分布,使得原先围绕桨毂随螺旋桨方向旋转的水流沿着鳍向桨后运动而不在桨毂处汇集,从而减弱了桨毂涡流.     

多种运动模式下水下机器人导管螺旋桨的敞水性能研究

导管螺旋桨具有较大的推进力以及高效的姿态调整功能,能极大地提高水下机器人的推进效率。为了探索水下机器人运行时桨叶的振动、推力的产生和噪声的来源,文中利用计算流体动力学研究了直航、斜航和后退等多种运动模式下导管螺旋桨的推力系数、转矩系数和推进效率等敞水性能,并对螺旋桨弦向压力分布、桨叶表面的压力分布和速度分布分别进行了仿真研究,这些结果对工程实践中导管螺旋桨的选择具有重要的指导意义。     

导管螺旋桨四象限水动力性能研究

以某拖网渔船的导管桨作为研究对象,利用Fluent软件提供的RNG k-ε湍流模型和滑移网格技术对其进行了正车前进、正车后退、倒车前进及倒车后退四个象限的水动力性能的研究,给出了不同进速系数时的导管桨推力、扭矩系数及其周围流场情况。计算结果表明,导管与螺旋桨的推力变化趋势始终保持一致,第一、三象限与第二、四象限的推力系数和扭矩系数变化趋势刚好相反,而在第三象限出现了一股明显的绕导管外壁的流动。     

转捩模型在螺旋桨数值计算中的应用

螺旋桨敞水性能数值计算是船舶快速性能分析的基础,其计算精度对船舶快速性预报的准确度至关重要,湍流模型的选用是保证螺旋桨敞水性能计算精度的关键.本文利用k-ωSST湍流模型和γ-R?eθ转捩模型对螺旋桨敞水性能进行了计算.结果表明,在模型尺度下螺旋桨叶片表面流动的相当一部分还保持着层流状态,带有转捩能力的湍流模型对这类流动具有更强的模拟能力.     

基于CFD方法的螺旋桨性能计算与分析

为实现快速预报螺旋桨敞水性能,并根据需要准确读取指定类型和指定位置的数据,利用FLUENT流体计算软件对螺旋桨敞水实验进行数值模拟,根据数值计算的结果绘制敞水性能曲线,并与实验结果进行比较,分别研究进速系数的变化和入射角的变化对螺旋桨性能的影响。     

航行船体周围稳态流场计算的双重面积分方法

将Galerkin方法与虚拟面元源汇分布方法相结合，发展了用于求解航行船体三维非均匀稳态流场速度势及其高阶偏微分的双重面积分方法。为验证该方法的有效性，进行了半浸圆球稳态流场的数值计算。通过与圆球绕流问题解析解的比较，表明积分表面单元划分和虚拟单元的设置方式等对最终数值结果的影响可忽略不计。本文方法有助于对航行船体的水弹性力学特性进行更合理和更完善的分析。     

导管螺旋桨敞水性能数值计算方法研究

为实现快速预报导管螺旋桨敞水性能曲线,利用 CFD流体计算软件对导管螺旋桨敞水试验进行数值模拟。将计算结果绘制成的敞水性能曲线与实验结果进行比较,并对导管螺旋桨的敞水性能进行分析,验证数值模拟计算方法的可行性与准确性。分析螺旋桨敞水工作时的推力、力矩及敞水效率的变化特点发现,随着进速的增大,导管产生的推力不断减小并在高航速下转化为阻力。研究该导管桨在系泊工况下的敞水性能指标,对系泊工况边界条件的设置进行改进。     

导管螺旋桨敞水性能数值计算方法研究

为实现快速预报导管螺旋桨敞水性能曲线,利用CFD流体计算软件对导管螺旋桨敞水试验进行数值模拟。将计算结果绘制成的敞水性能曲线与实验结果进行比较,并对导管螺旋桨的敞水性能进行分析,验证数值模拟计算方法的可行性与准确性。分析螺旋桨敞水工作时的推力、力矩及敞水效率的变化特点发现,随着进速的增大,导管产生的推力不断减小并在高航速下转化为阻力。研究该导管桨在系泊工况下的敞水性能指标,对系泊工况边界条件的设置进行改进。     

导管螺旋桨水动力与结构强度计算方法研究

随着导管螺旋桨应用的普及,计算与分析其水动力与结构强度的方法也越来越准确、快速、简便。以荷兰船模试验水池No.19A+Ka4—70螺旋桨为实例,详述了导管螺旋桨计算与分析的整体流程。通过MATLAB计算得到螺旋桨翼面与导管的空间坐标,在Pro/E中建立三维实体模型,在HyperMesh中建立CAE模型。以流体部分网格为分析对象,分别在Fluent与CFX中进行导管螺旋桨水动力分析,并比较了不同计算软件得到的导管螺旋桨水动力分析结果,为导管螺旋桨水动力计算提供了基本思路。以流体-固体网格为研究对象,在CFX平台上中进行流固耦合计算,得到螺旋桨的结构强度分析结果,拓展了螺旋桨结构强度分析方法。该水动力与结构强度分析与研究为导管螺旋桨总体设计提供了有效可行的方法。     

螺旋桨敞水曲线与流场的CFD不确定度分析

为分析计算流体力学方法预测螺旋桨水动力性能的可信度,针对螺旋桨敞水曲线与流场的数值模拟结果进行了CFD不确定度分析。数值计算采用5套网格,网格加细比为槡2。通过求解RANS方程计算的螺旋桨敞水曲线、叶切面压力与试验值吻合较好。在此基础上,对计算结果进行了验证与确认分析,设计工况敞水曲线与叶切面大部分区域压力系数的对比误差介于确认不确定区间内,结果得到确认。湍流模式对螺旋桨非设计工况与导边、随边流动的适应能力是局部参数没有得到确认的主要原因。     

导管桨水动力性能计算精度影响因素分析

为了研究导管桨水动力数值模拟过程中不同因素对其计算精度影响的规律,选择19a导管和ka 4K-70桨作为计算模型,通过求解RANS方程,分别对导管桨在进度系数j=0.3时,不同交接面位置、不同旋转域划分、不同计算外域划分和不同湍流模型的水动力性能进行数值模拟,并与已有实验值进行对比,探究不同因素对其性能计算精度的影响,同时分析了各自的流场特点。研究得出的相应结论,对今后的导管桨水动力性能的数值模拟计算起到一定的参考作用。     

螺旋桨水动力载荷计算与验证

以实现对螺旋桨敞水性能的准确模拟,为螺旋桨结构计算提供准确可靠的水动力载荷为目标,首先依据螺旋桨的投影原理及型值参数,建立螺旋桨的三维几何模型;其次,以单通道的分区混合网格划分方法,建立了螺旋桨水动力载荷计算的网格模型,并分别采用三种湍流封闭模型计算螺旋桨水动力载荷。结果表明:计算所得螺旋桨的推力系数、转矩系数在设计点附近的误差可以保证控制在5%以内,可为后续螺旋桨流固耦合计算提供可靠的水动力载荷。     

轴对称体与导管推进器组合体的三维复杂流场的计算与分析

本文用CFX-TASCflow对轴对称体与导管推进器组合体的三维复杂粘性流场(Re=4.8×107)进行了模拟计算.本问题用RANS方程和k-ε模型联合求解,其实现过程稳定而且高效;求解中采用ILU(Incomplete LowerUpperfactorization)光顺技术,适合于采用AMG/ACM方法,同时也比较容易在质量和动量方程中将速度和压力变量耦合求解.数值结果具有较好的规律性和合理性.与此同时,本文得出了用试验方法难以测量的大量的数值结果,分析了推进器在非自航状态和自航状态下的性能、导管内部轴向、径向和周向速度场、压力场在相互作用中的具体形态和结构,并定性地分析了它们对水动力噪声、空泡生成以及振动的影响,更重要的是为减少这些不利影响明确了解决的办法,为导管推进器的工程设计提供了切实可行的理论分析方法和技术思想,对工程实际具有重要的指导作用.