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。     

基于DES方法的螺旋桨尾涡演化数值研究

采用分离涡模拟(DES)方法对多工况下螺旋桨的尾流场特性及尾涡结构进行数值研究,应用滑移网格技术完成螺旋桨敞水试验模拟,采用Spalart-Allmaras湍流模型封闭N-S方程组。数值计算结果显示:采用DES方法得到的水动力特性结果与模型试验结果吻合度高,DES方法能够较好地捕捉到螺旋桨尾流场中复杂的尾涡结构,螺旋桨不同桨叶产生的梢涡之间的自诱导和相互诱导作用引起尾涡结构形态变化,4叶桨梢涡结构之间会产生2次融合重组,毂涡振荡与梢涡演化之间存在相互干扰作用,不同进速系数下尾涡演化规律基本一致。     

基于CFD的涡尾船改型优化设计

通过CFD方法计算模拟涡尾船原型与优化改型的尾部流场;通过对比桨盘面处轴向、周向速度分布,得出优化改型比原型轴向伴流更均匀,改善了螺旋桨的工作条件,增大了来流的周向速度,提高了螺旋桨的推进效率。模型试验验证了计算结果的合理性,说明船舶优化设计中采用合理的数值计算方法是可信的,可以提高设计研究效率。     

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。     

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。     

平头涡尾船型高速时的实验分析

本文根据平头涡尾船型在高速时的有关实验，讨论平头涡尾船的阻力及推进性能，并指出高速时存在的问题，提出相应改进的措施。     

平板湍流边界层流向—法向平面发卡涡的PIV实验研究

湍流边界层流动精细涡结构的分析对于水下航行体表面减阻乃至降噪机理的深入研究都具有重要意义.文章应用粒子图像测速技术(PIV),对Reθ=1 743和5 400时的平板湍流边界层的流向—法向平面流场进行了测试研究.一方面,直接对瞬时速度场精细涡结构进行提取分析,通过Galilean分解和λci准则识别出流向—法向平面中的发卡涡及发卡涡包.研究表明,发卡涡和雷诺应力的分布特征具有高度相关性;发卡涡包产生了流向动量的法向不规则分层分布特征.另一方面,文中通过对500个瞬时速度场子样进行时间平均分析,获得了不同雷诺数下平均速度以及湍流度分量的法向分布规律.此外,文中还对发卡涡的几何尺寸和漩涡强度λci进行了统计分析.研究表明,在y+＜50范围内无量纲化的漩涡强度λciδ/uт沿法向迅速衰减,且在不同雷诺数下变化曲线基本一致;在y+ ＞50后λciδ/uт衰减平缓,且低雷诺数下的值较大.     

全方向推进器非定常水动力性能的面元预报方法

研究了全方向推进器非定常水动力性能的面元预报方法,基于螺旋桨面元法建立了全方向推进器的非定常水动力性能计算的数学模型,对全方向推进器的非定常水动力性能进行了数值预报。采用了关于扰动速度势的基本积分微分方程,并采用双曲面元以消除面元间的缝隙。用Newton-Raphson迭代过程在桨叶随边满足压力Kutta条件。在计算面元的影响系数时,应用Morino导出的解析计算公式加快了数值计算的速度。为避免数值求导中的奇异性,用Yanagizawa方法求得物体表面上的速度分布。本文计算结果与日本水池模型试验结果、升力线方法计算结果及升力面方法计算结果进行了对比。     

吊舱推进器螺旋桨的敞水性能数值图谱

基于MAU型螺旋桨图谱,应用升力面理论涡格法计算系列大毂径MAU型螺旋桨敞水特性,以单元函数法将敞水性能表达成为毂径比和进速系数的函数,通过二元多项式插值法将MAU型螺旋桨敞水特性拓展到包括大毂径比的POD螺旋桨的敞水性能曲线。     

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。     

基于伴随方法的舰船推进器优化设计

[目的]为探索高效的螺旋桨优化设计方法,基于面元法开展伴随优化方法的研究。[方法]通过桨叶表面法向速度为零条件和等压库塔条件建立伴随方程,得到敏感导数求解式。以DTMB 4381螺旋桨为对象,分别运用伴随方法和传统的求解控制方程方法计算螺旋桨性能与参数之间的敏感导数;基于伴随方法对某螺旋桨进行敏感导数分析,再根据敏感导数分析结果进行几何参数优化,并将结果与ISIGHT优化平台中的粒子群算法（PSO）得到的结果进行对比。[结果]结果表明,采用伴随方法与传统的求解控制方程方法计算得到的结果具有较好的一致性,但伴随方法的计算效率更高,优化结果也优于PSO算法,且优化所用时间也少。[结论]研究表明,伴随方法在多参数螺旋桨优化设计中的计算效率优于智能算法。     

基于涡格法的螺旋桨剖面拱线设计

船舶螺旋桨的叶剖面形状与其负荷形式、效率、空泡等水动力性能密切相关。剖面拱线与剖面的负荷分布有直接关系。为了设计给定负荷分布的剖面拱线,提出用升力分布定义螺旋桨剖面拱线的负荷分布,在此基础上对升力分布进行参数化表达,并进行拱线设计。拱线的设计采用Newton-Raphson迭代方法使拱线的升力分布满足给定值,拱线的性能计算采用基于薄翼理论的二维涡格法。计算表明：涡格法与Newton-Raphson迭代方法相结合能够精确并快速设计满足给定升力分布的拱线。最后,修改升力分布的部分参数,并由此设计了SJ系列拱线供剖面设计参考。     

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。     

耙吸挖泥船航迹控制策略分析

随着船舶动力定位技术日趋完善,耙吸挖泥船DP/DT(Dynamic Positioning/Tracking)系统的使用大大提高了疏浚作业效率.DP/DT系统包括DP和DT两大功能,耙吸挖泥船以DT功能(动态寻迹)为主要特点.本文以耙吸挖泥船为背景,采用一种“视线”航迹控制策略,对其疏浚过程进行分析,并通过设计航迹控制器来验证该策略的可行性,同时运用VC++编程来显示实际航迹控制效果.     

大型耙吸船与自航泥驳联合施工的工效分析

吹填造陆项目需要从远距离取砂到近岸填陆,自航泥驳船联合耙吸挖泥船施工工艺能提高远运距项目综合工效,补充耙吸船施工能力不足,从而降低综合成本。根据施工工艺特点,基于影响因素分析,建立不同工效计算理论模型,借助实际施工效率数据,测算不同运距、不同工艺形式的综合工效,得到典型工况的综合效率及应用边界条件,为工程应用耙吸船与自航泥驳船联合施工方案提供数据支持和决策参考。     

螺旋桨噪声的Wigner谱研究

就信号处理中的Ｗｉｇｎｅｒ方法及其螺旋桨噪声试验中的应用问题作了初步探讨。简要地介绍了Ｗｉｇｎｅｒ分布的基本概念及其物理意义，结合模型试验和数值计算给出了螺旋桨噪声的时－频联合分布及其在时域和频域中的能量分布。结果表明：Ｗｉｇｎｅｒ谱对于螺旋桨噪声的时域分布、线谱和非定常噪声的测试分析是十分有效的。