螺旋桨敞水性能CFD不确定度分析

基于商用PANS代码,利用结构化网格技术和流道计算模型对库存螺旋桨敞水性能进行数值计算,并参考ITTC-CFD不确定度分析推荐规程和基准检验试验数据,对其水动力数值模拟结果进行验证和确认.文中为开展网格收敛性研究,共设计了三套网格,网格加细比为平方根2.同时也分析比较了SST k-ω湍流模型和RNG k-ε湍流模型对网格收敛特性的影响,为螺旋桨敞水水动力数值模拟方法向工程应用方向迈进提供技术支撑.     

基于RANSE的螺旋桨模型敞水数值模拟方法研究

本文采用基于RANSE的船舶水动力学CFD求解器,开展螺旋桨模型敞水数值模拟研究,求解器采用基于Laplace权函数插值计算的交界面方法,实现不同计算域之间的耦合计算。以典型螺旋桨模型为对象,研究不同计算方法、网格形式,以及交界面位置对计算结果的影响,通过多方案的对比计算与分析,验证了Laplace权函数插值方法能够提高螺旋桨敞水计算稳定性,保证计算精度。同时给出了螺旋桨敞水性能数值计算的推荐方案,并采用推荐计算方案开展了螺旋桨模型敞水性能计算应用测试,结果与试验数据符合良好,初步建立了基于该水动力学CFD求解器的螺旋桨模型敞水数值模拟方法。     

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。     

经计算机进一步分析过的瓦赫宁恩B系列螺旋桨资料

本文给出了供船舶初步设计用的经计算机分析得出的瓦赫宁恩B系列螺旋桨敞水性征的回归多项式。这些多项式是对原来的组成B系列的120个桨模的敞水试验资料通过多元回归分析方法得到的。所有试验数据均采用Lerbs提出的‘等效翼型’法作了雷诺数影响的修正.并给出了这种雷诺数影响的增量多项式。本文还给出了方便选择伸张叶面积和叶片厚度的衡准公式.最后还介绍了可供方便确定螺旋桨最佳直径和最佳转速的图谱。     

螺旋桨敞水性能计算及堵塞效应研究

根据螺旋桨的投影原理以及其几何参数,用三维建模软件CATIA建立三维螺旋桨数值模型。根据计算流体动力学(CFD)原理,使用流体动力学软件Fluent对螺旋桨数值模型进行分析计算。采用RANS方法结合RSM湍流模型求解螺旋桨三维粘性流场,计算域的离散采用非结构网格方法,运用相对旋转坐标方法(MRF)来模拟螺旋桨的运动,以此求出该螺旋桨在常态以及堵塞效应下的流场特性,并将螺旋桨的数值计算结果与试验结果进行对比以确定该方法的适用性。最后研究堵塞效应的相关性质并将螺旋桨普通敞水性能与螺旋桨在堵塞效应下的敞水性能进行对比,得出堵塞效应对螺旋桨敞水性能的影响。     

螺旋桨敞水性能计算及堵塞效应研究

根据螺旋桨的投影原理以及其几何参数,用三维建模软件 CATIA 建立三维螺旋桨数值模型。根据计算流体动力学（CFD）原理,使用流体动力学软件 Fluent 对螺旋桨数值模型进行分析计算。采用 RANS 方法结合RSM 湍流模型求解螺旋桨三维粘性流场,计算域的离散采用非结构网格方法,运用相对旋转坐标方法（MRF）来模拟螺旋桨的运动,以此求出该螺旋桨在常态以及堵塞效应下的流场特性,并将螺旋桨的数值计算结果与试验结果进行对比以确定该方法的适用性。最后研究堵塞效应的相关性质并将螺旋桨普通敞水性能与螺旋桨在堵塞效应下的敞水性能进行对比,得出堵塞效应对螺旋桨敞水性能的影响。     

螺旋桨水动力性能及流固耦合数值模拟

根据螺旋桨局部坐标转换成全局坐标的型值,建立螺旋桨的三维几何模型。基于商业软件,分别研究分区混合流体网格和结构网格的划分。使用Fluent软件分析螺旋桨的敞水性能,结合MRF转动模型和SST湍流模型研究螺旋桨在不同进速系数下的推力、转矩和敞水效率。与实验测量值比较,证实了该方法的工程可用性。基于Workbench平台,将CFD软件计算和有限元求解耦合起来,研究螺旋桨敞水时的单向流固耦合作用,对桨叶的结构强度进行校核计算,并分析螺旋桨应力,变形与进速系数的关系。     

大侧斜桨敞水性能及流场数值研究

针对库存大侧斜桨,基于商用RANS代码,利用结构化网格技术和流道计算模型开展了大侧斜桨敞水水动力和流场的数值分析.在进速系数J ε[0.33,0.95]范围内,文中计算得到的敞水螺旋桨水动力与试验结果差异在3%以内.通过敞水螺旋桨流场计算和计及粘性影响鼓动盘计算结果比较可知,螺旋桨对桨前流场影响主要是抽吸作用;对桨后近场区域XIDP<4流场影响主要是滑流,轴向速度周向均值沿径向分布主要受桨叶负荷分布控制;到中问区域415,螺旋桨尾流变成了单一的剪切流.     

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。     

基于机器学习的船舶螺旋桨敞水性能预报代理模型

介绍了基于机器学习的经典模型,以螺旋桨特征参数为输入,建立船舶螺旋桨敞水性能预报代理模型。对几种典型的回归模型,分析了它们的预报精度和适用性。用随机森林方法建立了船舶螺旋桨敞水性能预报代理模型,其预报结果与试验数据吻合较好。对未知桨试验结果的验证表明,K_T和10K_Q的预报偏差在5%以内,敞水效率预报偏差在2%以内。该研究为船舶螺旋桨性能预报提供了新的手段,有望缩短设计周期,提高设计效率。     

基于模型的导管螺旋桨水动力性能研究

以某拖网渔船设计的导管螺旋桨和普通螺旋桨为研究对象,通过模型加工、敞水试验,计算并绘制其敞水性征曲线,比较分析两桨的水动力性能,得出导管螺旋桨优良的推进性能。即拖网渔船如采用导管螺旋桨作为推进器,可以达到节能的效果。     

舵球对螺旋桨敞水效率的影响

以一套模型桨和４只几何相似的舵球相互组合的试验，探讨了不同的桨、舵球间距和舵球尺度对螺旋桨敞水效率的影响。试验结果表明，桨、舵球间距的变化对螺旋桨敞水效率的影响是明显的。在舵上安装舵球后一般可使螺旋桨的敞水效率提高３％～５％。若舵球位置安装适当，可使原有的毂涡消失，考虑到螺旋桨后带舵时，它的敞水效率将发生变化。因此，在进行船模自航试验数据分析时，应考虑舵对螺旋桨敞水效率带来的影响而给予适当的修正。     

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.     

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.     

CFD方法预报螺旋桨敞水性能及CFD方法不确定度分析

螺旋桨作为船舶最常用的推进装置,在船舶高速化发展中发挥着举足轻重的作用。随着船舶载荷的增加,螺旋桨的水动力性能和敞水特性引起了国内外研究人员的广泛关注。螺旋桨在正常运行时,会受到非均匀尾流场的振动和空泡效应,使螺旋桨受到的脉动压力剧增,产生大量噪声的同时对螺旋桨的结构和性能造成损害。本文针对螺旋桨的水动力性能,采用CFD数值模拟技术和Fluent软件,对螺旋桨的敞水特性、噪声特性和不确定度等因素进行了系统的分析,对船舶螺旋桨的结构和流体力学设计具有重要的研究价值。     

几何相似模型推进性能的尺度效应及相关分析

本文通过五艘几何相似船模的常规阻力试验、螺旋桨模型敞水试验、自航试验以及其中三艘船模的伴流场测量,分析研究了五艘船模的阻力、螺旋桨敞水性能及自航要素间的尺度效应问题。探讨了自航要素尺度效应的缘由。取得了伴流分布尺度效应较满意的结果。并用各种相关方法同相应的实船试航资料进行相关分析,明确了采用不同相关方法对阻力及各自航要素的影响。     

兼顾敞水性能的三桨破冰船螺旋桨性能研究

为提高综合推进效率,兼顾破冰工况和敞水工况推进需求,针对三桨推进1∶1∶1和1∶2∶1两种功率分配方案,以破冰工况为设计基准开展三桨推进螺旋桨设计,并考虑干扰因子对三桨敞水推进螺旋桨进行优化,对比分析计算结果得出破冰船三桨推进功率分配为1∶2∶1时综合性能更佳.以此确定破冰工况和敞水工况螺旋桨设计参数,为重型破冰船推进...     

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。     

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。     

基于滑移网格的螺旋桨性能分析

为计算螺旋桨定常与非定常水动力性能,采用多重参考系模型,利用Reliable k-ε湍流模型计算定常水动力性能,仿真不同进速下螺旋桨的推力系数、转矩系数与敞水效率,将仿真结果与试验值对比,结果表明,采用多重参考系模型计算的推力系数、转矩系数与敞水效率与试验值吻合较好;以定常计算结果为初始值,采用滑移网格模型计算螺旋桨的非定常水动力性能。相比于定常结果非定常结果,与试验值更加吻合,表明滑移网格模型计算的结果精准度更高,更适合于计算螺旋桨的水动力性能。