对转导管螺旋桨的水动力设计与分析

基于叶栅理论设计1台对转导管螺旋桨和1台单转子导管螺旋桨。采用商用CFD软件CFX对2个导管螺旋桨的流场进行模拟。结果表明,对转导管桨的推力与扭矩略大于单转子导管桨,但效率较低。对流场的分析发现,引起效率降低的主要原因为第二级转子增加了叶片表面流动损失。对转转子非定常受力的相位差很小,且脉动幅度在不同进速系数下几乎不变。对转转子的时均推力分配比例随进速系数而改变,在较低进速系数下,第二级转子推力较高,而在较高进速系数下,第一级转子推力较高。     

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。     

轮缘推进器与导管桨水动力及能量损失特性对比研究

作为船舶推进领域的一项卓越应用,轮缘推进器(RDT)具有诸多优点和广阔的应用前景。RDT的结构类似于导管桨(DP),两者主要都由叶片和导管构成。然而,RDT和DP却存在一些结构上的区别,这将引起水动力性能和能量损失分布出现明显的差异。本文采用计算流体力学(CFD)方法,结合SST k-ω湍流模型和熵产理论分析方法对RDT与DP进行数值模拟对比研究。研究结果表明：RDT在全进速范围内比DP具有更高的推力与扭矩,但效率低于DP。二者的能量损失与流动分离、流动摩擦和涡流等不良流动因素密切相关,造成二者能量损失的主要原因为湍流耗散。此外,RDT在全进速范围内比DP也具有更高的熵产。研究结果揭示了二者的水动力及能量损失特性,为其优化设计及能量损失识别提供参考。     

基于格子玻尔兹曼方法的导管螺旋桨推力特性分析

采用基于格子玻尔兹曼方法的新型无网格计算流体力学方法代替基于有限元或有限体积法等需要划分网格的传统计算流体力学方法对导管桨的推力特性及水动力现象进行模拟和观察,对导管桨工作在敞水中以及潜器主体后方流场中推力特性的变化进行分析和总结。计算结果表明:采用本文提出的无网格流体力学计算方法对导管桨进行推力特性研究可行。相同进速下导管桨在潜器主体影响下的流场中的推力系数要大于敞水状态下的推力系数,并且进速系数越大则潜器主体对导管桨推力系数的影响越大。     

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。     

桨-舵间距对其组合系统水动力性能的影响

通过计算流体动力学(CFD)方法对敞水桨、桨-舵组合和优化间距的桨-舵组合装置进行数值仿真研究,分析桨-舵间距对其组合系统水动力性能的影响。螺旋桨敞水工况的计算值与物理模型试验值的吻合度良好,验证了数值计算方法的可行性。通过对比桨-舵间距大于推荐值的3个工况发现:在较低的进速系数下,系统的节能效率稍有增加,随着桨-舵间距的增大,节能效率呈现下降的趋势;在较高的进速系数下,随着桨-舵间距的增大,节能效率逐步下降。在较低的和中等的进速系数下,节能效率随着桨-舵间距的减小呈现逐步升高的趋势,在桨-舵间距减少10 mm时,组合体的节能效率最大可增加1.937%;在较高的进速系数下,节能效率随着桨-舵间距的减小有下降的趋势。     

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。     

数据驱动在导管桨斜流工况分析中的应用

基于湍流模型SSTk-ω和滑移网格技术对不同斜流角（0°、10°和20°）和不同进速系数J(0.3、0.5和0.7)下导管螺旋桨的水动力参数、轴承力和速度场进行对比分析。为解决传统计算流体力学方法存在的耗费大量时间及需要大量网格等问题,提出一种快速且准确率高的深度学习模型CNN-LSTM对导管螺旋桨进行高效准确预测。研究结果表明：随着斜流角和进速系数的增大,导管螺旋桨的轴承力的波动幅度和峰值均增大。数据驱动模型CNN-LSTM不仅能够使得预测值较好地吻合CFD值,也能准确预测不同斜流角及不同进速系数下的相位差以及峰值差异,结果显示较大的差异出现在轴承力的波峰和波谷处。最后,文章还分析了斜流角和进速系数对导管桨间隙流场的影响。     

船舶单桨工况拖转调距桨性能计算及其对快速性的影响分析

利用CFD方法对某调距桨敞水特性进行数值计算,并利用实验数据对计算结果进行校验。对于该桨各螺距下大进速系数时的敞水性能采用CFD计算结果与二次曲线逼近相结合的方法获得,以适当扩大调距桨的敞水特性曲线在水涡轮工况的范围。建立了某推进装置主机、传动装置、调距桨、船体阻力的数学模型,在Simulink环境下集成为"船-桨-机"推进系统仿真模型。对单桨工况的稳态特性进行仿真计算,着重研究了不工作调距桨自由拖桨时的拖桨阻力。结果表明:1)不工作桨自由拖转时,将不工作桨螺距设定为最大值时拖桨阻力最小,船舶的快速性最好;2)航速和不工作桨螺距是影响不工作桨拖桨阻力的主要因素,航速越高,拖桨阻力、拖桨力矩以及拖桨转速越大;不工作桨螺距越大,拖桨阻力越小,拖桨力矩与拖桨转速先略微增加而后减小至最小值。     

低进速系数下螺旋桨后无限大平板受力数值计算

借助FLUENT软件,对低进速系数(J≤0.01)下螺旋桨正下游一无限大平板的受力进行数值计算.考察了桨板间距对平板上受力和桨推力的影响以及同一桨板间距下不同进速系数对平板受力的影响,发现了低进速系数下螺旋桨周围的一些流动特征.     

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。     

考虑流固耦合作用桨毂形状对螺旋桨性能影响研究

基于STAR CCM+和ABAQUS软件,运用平均雷诺方程和SST k-ω湍流模型,建立一种基于流固耦合、可有效预报全浸螺旋桨水动力特性的数值计算方法。以标准模型DTMB P4381为网格验证对象,并对不同桨毂形状下的DTMB P4381水动力特性进行双向流固耦合计算,探讨圆柱形桨毂与球形桨毂对该无侧斜桨性能影响及作用机理。结果表明:考虑流固耦合作用能更准确预报螺旋桨水动力性能;桨毂形状对桨叶根部的流动影响明显,对桨叶表面压力分布的影响可延伸至0.5倍半径处,并且该影响随着进速系数的增大而增大。     

水下潜器系统导管螺旋桨水动力特性及周围流场分布预报与分析

运用计算流体力学方法对水下潜器系统中导管螺旋桨在水下潜器转艏运动中螺旋桨周围的水动力现象进行观察,对在这样的工况下导管螺旋桨周围流场特征、进速、诱导速度、推力沿盘面和桨叶径向的分布,以及螺旋桨所发出的推力与螺旋桨周围流场之间的关系进行观察。计算结果表明:在一定的螺旋桨转速条件下,进速越小,螺旋桨所发出的推力也越大;由于导管出口处激发出的梢泄涡作用,导致盘面后叶梢附近轴向诱导速度降低、压力增大,该处叶面与叶背之间的压差也随之增大;螺旋桨的推力沿桨叶径向的分布呈现出半径越大,所产生的推力也越大的特点。     

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。     

导流帽对螺旋桨水动力性能的影响研究

采用CFD仿真方法研究了安装在调距桨油缸外的导流帽对螺旋桨水动力性能的影响,研究发现导流帽对桨叶受力影响较小,但导流帽降低了桨毂的阻力,使得整个推力增大,推进效率有所提高。进速系数较大时,导流帽对叶根区域压力分布有一定影响,但总的来说导流帽对叶根区域流动影响较小。     

基于熵产理论的不同斜航角下的喷水推进器能量损失

为研究高速进流状态、不同斜航角下的喷水推进器内部流动损失特性，采用SSTk-ε湍流模型对喷水推进器内部流场进行定常计算，并根据熵产理论对不同斜航角下喷水推进器各部件的流动损失特性进行定量分析。研究结果表明，喷水推进器内部能量损失的主要来源是湍流耗散，其熵产比率最高可达91%。斜航角越大，喷水推进器内部流动损失越大，进水流道出口处流动的不均匀度越高，叶轮段高熵产区域越大，且分布不均匀；导叶段能量损失在各斜航角下均较大，导叶各流道轮毂处存在大量紊乱的流线，随着斜航角的增大，形成大面积的分离涡团。     

考虑桨前预旋流的自航试验分析及实船预报

本文根据有关文献提出的预旋流的概念,给出了包括横向非对称船型及多桨船型在内的多种船型的桨前流动的预旋转速(或称切向伴流相当转速)的精确计算方法,以及船模预旋转速实船预旋转速间的关系和考虑预旋流动的实船预报,文中还讨论了十八届国际水池会议给出的计算双桨船模型桨前流动的预旋转速的近似性,最后以程序计算的形式,把预旋流概念同时引入自航试验分析和实船预报中。     

全回转导管桨水动力干扰数值预报与分析

为探明串列全回转导管桨水动力干扰问题,基于粘流理论,采用滑移网格方法,开展了均匀来流下两个串列桨在不同偏转角度下水动力性能的数值预报研究,定量分析了不同偏转角度下,上游桨对下游桨水动力的影响,重点关注不同偏转角度时下游桨推力、功率损失及叶片负载的脉动无序性。研究结果表明,在上游桨尾流影响下,上游桨无偏转角度时,下游桨推力损失约70%,上游桨偏转10度时,下游桨推力损失约15%。本文研究结果对动力定位系统控制策略具有指导意义。     

不同工况下潜艇艇体-桨整体声辐射特性分析北大核心CSCD

[目的]旨在研究潜艇大侧斜螺旋桨在不同工况下的艇体-桨整体声辐射特性。[方法]以SUBOFF潜艇模型和七叶大侧斜螺旋桨为研究对象,采用大涡模拟(LES)和声学有限元方法(FEM),以及使用Fluent流体计算软件和LMS Virtual.Lab声学仿真计算软件进行联合仿真计算。[结果]结果表明:在潜艇存在进速的工况下,其艏部、指挥室围壳、艉部方向舵和螺旋桨区域的速度压力分布变化最大,整体系统的噪声传播方向以艇体周向某一方向的声压级(SPL)最高,艉部方向舵次之;在潜艇不存在进速的工况下,整体系统的噪声与螺旋桨的旋转作用有关,且在440 Hz频率处存在峰值,超过其他工况下的声压级。[结论]潜艇的艏部、指挥室围壳和艉部方向舵区域是压力脉动的重点区域,与潜艇的进速密切相关;艇体-桨整体螺旋桨噪声在低频段也主要由上述3个区域产生,在中高频段螺旋桨区域开始对艇体-桨整体噪声产生作用,总的声压级随着频率的增加而逐渐升高。