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    螺旋槳在粘性不同伴流場中的水動力性能分析

    日期:2016-06-21

    摘要:螺旋槳在粘性均勻伴流場和非均勻伴流場中的水動力性能分析

    槳盤面處的伴流分布,圖譜設計時僅考慮平均伴流分數,而理論設計需要計入伴流場的影響。目前仍然依賴于模型試驗得到標稱伴流場的數據,經過理論計算得到實船的標稱伴流場作為螺旋槳水動力性能計算的計算條件。實際應用時需要判斷螺旋槳工作的流場狀態,均勻伴流或是非均勻伴流。在隨后的模擬過程中實現均勻伴流場和非均勻伴流場的方式差異很大,判斷模擬過程趨于穩定的方法也完全不同。

    均勻流場中最常用的方法就是通過改變來流速度的大小來實現進速系數的變化,對于不同的進速系數在模擬過程中要保證相同的雷諾數。由雷諾數的定義Rn=nD2/ν,以及進速系數的定義J=Va/nD,通過改變入流速度大小的同時保持螺旋槳轉速不變可以獲得均勻流場。均勻流場中,某一進速系數下螺旋槳的水動力系數最終趨于穩定,在某一進速系數時推力系數隨時間變化的曲線圖基本趨于穩定時,可以認為此時的推力系數即為該進速系數下的計算結果。對于非均勻流場,由于同一進速系數下螺旋槳的水動力系數不斷變化,需要在一個完整的旋轉周期上考察數值模擬的穩定性。提取某一槳葉在不同位置的推力系數,比較每個完整圓周上同一位置上同一個槳葉的推力系數,從而判斷計算的穩定性。
    螺旋槳大多工作在非均勻海洋或河流環境下,研究其在非均勻流場中的水動力性能更具有實際意義。對于如何實現非均勻伴流場的問題,國內外學者已進行過相關研究,Takayuki WATANABE使用K-ω湍流模型模擬了非均勻伴流場中孤立螺旋槳的非定常水動力性能,他通過Fluent軟件提供的UDF自定義函數來實現伴流場的非均勻性。ClausD.Simonsen將完整的螺旋槳和船體作為一個整體來求解,從而實現伴流場的非均勻性。我國學者沈海龍等在計算船體粘性非均勻伴流場中螺旋槳非定常水動力性能時綜合采用TakayukiWATANABE和ClausD.Simonsen實現伴流的方法,分別計算了非均勻伴流場中Seiun-MaruHSP螺旋槳和某集裝箱船KP505螺旋槳的非定常水動力性能。在Seiun-MaruHSP螺旋槳的數值模擬中,通過Fluent軟件提供的UDF自定義函數將自行編寫的非均勻伴流場控制程序與求解器結合起來實現了非均勻伴流場中螺旋槳的非定常數值模擬。
     

    標簽: 螺旋槳(85) 船用螺旋槳加工(62)
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