基于参数化的螺旋桨建模及敞水性能分析

针对传统螺旋桨建模过程复杂以及工作量大的问题,提出一种基于参数化的螺旋桨建模方法。以AU型图谱桨为例,利用Prop Cad对该螺旋桨进行参数化设计,并导入Solid Works三维建模软件;利用FLUENT模拟不同参数下螺旋桨模型的推力系数、力矩系数和敞水效率;将仿真结果与回归公式计算结果进行对比,验证该方法的可行性。结果表明：基于参数化的螺旋桨建模与回归公式计算得到的单桨敞水性能基本保持一致;通过对比计算不同进速系数的推力系数、力矩系数和敞水效率可得相对误差为1.27%、2.07%和2.94%。最后,利用仿真进一步验证了该方法的可行性。     

船机桨稳定配合工况数学模型及仿真分析

船机桨的稳定配合关系直接决定船舶的运动效率和能量转换的优劣。本文建立包含螺旋桨推力、螺旋桨扭矩、船舶阻力、伴流系数、推力减额系数的船机桨稳定配合数学模型。以实船参数仿真分析了船舶航速、螺旋桨有效推力、船舶阻力、螺旋桨扭矩以及螺旋桨吸收功率的变化曲线,可为船的船机桨配合选择及航行操纵提供理论指导。     

船舶四桨布局对水动力相互干扰的分析研究

针对一艘四桨推进的船舶,采用CFD数值仿真方法,分别模拟内、外桨位置变化后主船体及螺旋桨周围的流场,分析螺旋桨的布局,尤其是内、外桨横向、纵向距离的变化对螺旋桨推力系数、转矩系数、以及敞水效率的影响,提出船舶四桨布局的优化方向,给出四桨船布局优化的建议。     

CFD技术在螺旋桨粘性流场计算中的可靠性预报分析

以MAU型桨作为研究对象,通过数值模拟方法,以质量守恒定理及动量守恒定理为基础,建立不可压缩流体的控制方程,计算螺旋桨在敞水中的受力情况。本文数值计算采用k-w湍流模型和SIMPLE算法,分析推进器在不同进速系数下,推力、扭矩与表面压力变化分布特点。运用计算软件FLUENT,对螺旋桨的尾流场进行模拟计算,展示其敞水性能的数值计算结果并与水池敞水试验值对比,对常规螺旋桨在粘性流场中受力直观体现,并校验了CFD技术在粘性流场计算中的可靠性。     

全附体尾流作用下螺旋桨布局对其水动力性能的影响

为了研究全附体尾流作用下多桨船尾部螺旋桨布局对其水动力性能的影响,本文以某四桨船舶为研究对象,对船体、螺旋桨以及舵、轴支架、轴包套、呆木等附体进行整体建模,通过改变船后螺旋桨的相对位置,采用CFD软件计算得到了在全附体尾流作用下不同的螺旋桨布局对螺旋桨水动力性能方面的影响差异。结果表明,外前桨的纵向移动对于前后桨的效率影响不大;外前桨的横向移动对内后桨的水动力性能影响较大,当前后桨横向距离为1倍螺旋桨直径时,内后桨的推力系数最大增加8.9%,扭矩系数最大增加5.9%,船后效率最大增加2.8%。计算结果对于工程应用具有一定的参考价值。     

平衡侧斜和偏侧斜对船舶螺旋桨水动力性能的影响

为了改善船舶螺旋桨在中高载荷下由于吸力面局部压力过低造成空化的现象,提出通过改变螺旋桨的侧斜方式和侧斜角度来改善螺旋桨吸力面的压力分布,从而改善桨叶的空化形态的方法.以DTMB P4119桨为原型改变其侧斜方式和侧斜角度,新构造了7个螺旋桨,并基于k-ω SST湍流模型和混合网格方法对新构桨进行敞水数值计算.结果表明:对偏侧斜桨,随着侧斜角度的增加,螺旋桨的推力系数增加,敞水效率略有降低.而对于平衡侧斜桨,在低进速下,随着侧斜角度的增加,螺旋桨的推力系数和敞水效率降低;中低进速下平衡侧斜桨和偏侧斜桨的敞水效率相当,中高进速下,平衡侧斜桨的敞水效率高于偏侧斜桨;桨叶吸力面的低压区随侧斜角度的增加而变得狭长,有利于削弱片空化.     

基于流固耦合的螺旋桨性能分析及参数优化

为了研究某型螺旋桨水动力及强度特性。首先建立螺旋桨实体模型,再在CFX中设置计算条件,运用CFD有限元方法计算与分析不同进速下螺旋桨的推力系数、转矩系数、敞水效率以及桨叶压力分布等水动力参数特性及其变化趋势;然后通过Workbench平台应用流固耦合方法,将CFX求解得到的螺旋桨表面压力载荷加载到螺旋桨结构强度分析模型上,对螺旋桨的强度进行计算。最后通过改变纵倾角和螺距对螺旋桨结构进行优化,并将仿真结果与原桨比较,结果表明适当增大纵倾角能增大螺旋桨强度,适当降低螺距能提高螺旋桨敞水效率、提高抗空泡性能并增大螺旋桨强度。     

基于流固耦合的螺旋桨性能分析及参数优化

为了研究某型螺旋桨水动力及强度特性.首先建立螺旋桨实体模型,再在CFX中设置计算条件,运用CFD有限元方法计算与分析不同进速下螺旋桨的推力系数、转矩系数、敞水效率以及桨叶压力分布等水动力参数特性及其变化趋势;然后通过Workbench平台应用流固耦合方法,将CFX求解得到的螺旋桨表面压力载荷加载到螺旋桨结构强度分析模型上,对螺旋桨的强度进行计算.最后通过改变纵倾角和螺距对螺旋桨结构进行优化,并将仿真结果与原桨比较,结果表明适当增大纵倾角能增大螺旋桨强度,适当降低螺距能提高螺旋桨敞水效率、提高抗空泡性能并增大螺旋桨强度.     

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.     

基于粘势耦合方法的空泡水筒阻塞效应数值模拟与分析

阻塞效应修正是提高空泡水筒水动力测量结果精度的重要措施。本文以上海交通大学新空泡水筒为研究对象,采用粘势耦合方法预报某7叶螺旋桨盘面处的实效伴流场,以此修正螺旋桨进速实现空泡水筒的阻塞效应修正。首先采用面元法对螺旋桨进行敞水预报,建立体积力模型将其力场插值到RANS网格中进行计算,得到桨盘面的实效伴流场。然后根据实效伴流分数归纳进速修正公式对螺旋桨推力和扭矩曲线进行修正,从而实现了空泡水筒到敞水结果的阻塞效应修正。结果表明,空泡水筒中计算的推力和扭矩曲线修正后与敞水中的计算吻合良好。     

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。     

船模自航试验数值模拟研究

基于SHIPFLOW软件,对螺旋桨敞水试验、船舶阻力试验和自航试验进行数值模拟,并依据试验结果验证。发现数值模拟能够较好地预报螺旋桨的推力系数、扭矩系数、船模的阻力系数和自航因子及推进效率,为船舶的线型设计和螺旋桨设计提供有效的数值参考。     

导管螺旋桨水动力学性能的影响因素

为了获取导管螺旋桨水动力性能的主要影响因素,指导导管螺旋桨的优化设计,采用计算流体力学CFD对Ka4-7010+19A导管螺旋桨进行水动力性能研究,分析不同导管长度、导管攻角、螺旋桨纵倾角及多导管组对其水动力特性的影响。结果表明：减少导管长度将使推力系数及扭矩系数同时增大,而敞水效率下降;适当增加导管长度可以略微提高其敞水性能;减小导管攻角在一定进速范围内使推力系数和扭矩系数同时大幅度增加,增加导管攻角将导致推力系数和扭矩系数同时下降;当螺旋桨纵倾角保持在10°以内时,不会对敞水性能产生太大影响。对于多导管螺旋桨而言,前置、后置及不同附属导管直径大小都对敞水性能有很大影响,其中后置大导管组螺旋桨能明显降低螺旋桨扭矩系数,并且能在低进速范围内提升敞水效率。研究成果可支撑导管螺旋桨的优化设计。     

基于FINE/Marine的螺旋桨水动力性能研究

以标准DTMB 4119桨为研究对象,基于黏性流计算软件Fine/Marine,采用RANS方法预报螺旋桨敞水性能,对不同进速系数下的推力系数和扭矩系数进行模拟计算。计算过程中分别采用旋转坐标系及滑移网格2种方法,其中,在采用滑移网格计算时,分别考虑湍流模型、非线性迭代步数及迭代时间步长对计算结果的影响。经过与试验结果进行对比分析及各方法间的比较,总结了各方法的特征与优劣,并验证了2种方法在螺旋桨敞水性能预报中的可靠性与有效性。该预报思路和方法可为后续螺旋桨水动力性能研究提供借鉴和参考。     

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。     

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。     

带有推力鳍的吊舱推进器水动力性能研究

本文使用FLUENT软件对拖式吊舱推进器的水动力性能进行分析。由于涉及到螺旋桨、桨毂和舱体、支架的相互干扰问题,本文采用多参考系模型来进行相互干扰平均效果的计算。本文计算不同进速系数下普通吊舱推进器的推力系数、扭矩系数,与实验数据进行对比,并绘制敞水性能曲线。同时提出了几种带有推力鳍的吊舱推进器,对其进行了水动力性能计算,并与普通吊舱推进器的水动力性能进行比较,本文最后分析推力鳍对吊舱推进器水动力性能的影响。     

渡船螺旋桨水动力性能的数值预报

采用计算流体力学（CFD）方法对某渡船螺旋桨的水动力性能进行数值预报.先用DTMB P5168桨验证数值模型和方法的准确性与可信性,数值计算其推力系数、力矩系数和敞水效率.整个计算域网格划分均采用全六面体形式,分别采用三种湍流模型进行计算.计算结果与实验的比较表明,SST模型和雷诺应力模型有近乎相同的计算精度,但SST模型的计算速度更快;推力系数误差最大5.8%,力矩系数误差最大为1.7%,敞水效率误差最大为4.3%.然后,将此方法运用到渡船螺旋桨,通过对渡船螺旋桨的网格灵敏度、尺度作用以及相关的流场分析,证明该方法能实现对螺旋桨敞水粘性流场的模拟,以及其敞水性能的预报.     

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。     

舵球鳍参数对扭曲舵水动力性能的影响研究（英文）

文章对桨后普通舵和扭曲舵的水动力性能进行了试验研究,并采用计算流体力学方法对桨舵系统的水动力性能进行计算,得到了不同进速系数下的推力系数、扭矩系数以及敞水效率,并绘制了敞水性能曲线。通过桨舵模型试验值与计算值的对比,验证了计算方法的可靠性。为了进一步提高扭曲舵的节能效果,在扭曲舵前安装了舵球,优化舵球的半径后在舵球两端安装推力鳍,通过优选推力鳍的各个参数(安装位置、展弦比和安装角),使桨舵系统的敞水效率逐步提高。确定了舵球鳍的最优参数后,桨—扭曲舵系统的效率进一步提高1.2%。最后通过观察舵表面压力分布、舵附近轴向速度和迹线分布,分析了舵球鳍对桨舵干扰的影响。