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    螺旋槳敞水性能研究方法

    日期:2016-06-01

    摘要:螺旋槳敞水性能研究方法介紹

    1. 螺旋槳敞水性能概述 

    螺旋槳單獨地在均勻水流中的試驗稱為敞水試驗,對于模型試驗,可以在船模拖曳水池、循環水槽或空泡水筒中進行。對于數值計算只需建立一個合適大小的計算域即可確保試驗環境的符合試驗要求。螺旋槳的敞水數值計算方法研究,由于近些年有眾多研究者參與其中,已經完全具有工程實用的預報精度,基本可以達到替代螺旋槳模型試驗的目的,一方面可以依據計算結果,系統的分析螺旋槳各個幾何要素對性能的影響,以供設計時選擇各種參數,并為改善螺旋槳性能指出方向;其二是可以作為校核和驗證理論方法的手段之一;其三則是敞水試驗數值方法的確定為其他螺旋槳相關的計算提供了技術基礎,包括后文中要進行的螺旋槳非定常計算、空泡性能計算以及噪聲性能計算;除此之外,對于自航試驗、船槳舵干擾等于螺旋槳相關的研究都需要以螺旋槳敞水性能數值預報方法為基礎,才能順利行進。  

    2. 理論基礎 

    螺旋槳周圍流場流動的數學描述模型是Navier-Stokes方程組,其數值仿真就是應用CFD理論求取螺旋槳流場的各個流動參數。

    3. 控制方程

    滿足質量守恒定律、動量守恒定律和能量守恒定律的微分方程組是流體力學的基本控制方程。對于所有流動,無論是熱傳導、可壓縮的流動都需同時求解上述方程。螺旋槳流動的數值計算由于不涉及熱傳遞、水也不可壓縮,因為不涉及能量方程。

    4. 離散方法 

    對于在求解域內建立的微分方程組,理論上存在解析解,即數值計算的真解或稱精確解,但是直接求解方程組由于所處理問題的復雜性以及偏微分方程組本身的特點造成這幾乎是一件無法完成的事。而通過數值的方法,將求解域離散成有限個節點,在節點之間建立關于未知量的代數方程組,通過求解相對簡單的代數方程組即可獲得節點位置上的流場物理量。流場其他位置的物理量則依據這些節點上的值可通過不同的插值方式獲得。

    將計算域離散成有限個節點的方法稱為離散方法,而獲得節點以外區域物理量的插值方式則稱為離散格式。

    5. 壁面函數 

    壁面對流動的影響主要集中在近壁面區域(也成邊界層,在該區域由于粘性作用壁面可以減弱流體切向速度,同時阻止法向速度,使得該區域速度梯度很大,同時該區域沿壁面法向的厚度卻非常小,直接求解該區域流動需要非常精細的網格,對于一般的數值計算十分困難。不過由于該區域的流動總是成一定規律,所以在數值計算過程中,一般不直接求解該區域的流動參數而是使用半經驗公式。數值計算中全部采用標準壁面函數。

    6. 螺旋槳旋轉運動模擬方法 

    在FLUENT中,提供了三種方式,處理螺旋槳的周期性旋轉運動,分別是多重參考系模型(MRF),滑移網格模型以及動網格。本文在穩態計算時采用MRF方法進行處理,瞬態模擬時采用動網格技術處理。螺旋槳的敞水性能通常僅需穩態模擬即可。

     

    標簽: 螺旋槳(85) 船用螺旋槳加工(62)
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