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      螺旋槳設計流體動力學分析

      2021-06-08 01:41:45

      從RANS方程出發,螺旋槳設計對推力器的水動力特性進行了研究,方法主要有舉升線法、舉升面法、面元法等。提升線法求解精度不高,方法簡單,提升面是在提升線法的基礎上發展起來的,但由于其基于薄翼理論,不能準確地描述槳葉幾何形狀,不能準確地預測壓力分布和振動特性,影響了計算精度。該方法能夠較好地處理槳轂、導邊和槳葉表面的聲響,準確地描述螺旋槳的復雜幾何形狀,克服了升力線和升力面的缺點,使復雜翼身結構的離散化處理,同時消除了升力面理論中的薄翼假設帶來的偏心現象,并可測量螺旋槳導邊附近和橫筒厚處的壓力分布,改善螺旋槳的性能,提高工作效率。隨著升力面理論在實際應用中的不斷完善,面元法和N-S方程法逐漸成為推進器設計和流體動力預測的主流,CFD計算。盡管升力面和面元方法能成功地預測螺旋槳的水動力性能,但它們都是建立在穩態和非穩態的基礎上,而忽略了勢流對螺旋槳性能的影響,因此在實際工程應用中,進行修正。勢流流場理論沒有考慮尺度效應對實船的影響,在計算船舶之間非線性相互作用時,存在一些問題,勢流流流場計算方法不能準確反映近岸船舶之間的非線性相互作用,從而嚴重影響了預測結果。以RANS方程為基礎的計算流體力學方法為求解該問題提供了途徑。

      隨著商業軟件中RANS等式的不斷出現和完善,CFD逐漸成為流體力學性能數值預測的主流方法。流場模型、網格生成、近壁模型等是流體力學研究的內容,CFD計算程序的完善提高了對復雜流動的分析能力。但是,由于CFD方法涉及物理模型的真實感、數學理論以及如何進行基準檢驗方案選擇等復雜問題,使得CFD方法在實際應用中還存在許多不確定因素。目前CFD技術發展到今天,雖然粘流法如RANS,LES,DES已成為主流,但其勢流理論仍有待深入研究。需要指出的是,緊急倒車狀態下的推進器性能很難預測,而RANS方法不能模擬出強不穩定的瞬態分離流,采用LES方法可以對緊急倒車狀態下的推進器性能進行仿真,并逐步改進。

      螺旋槳設計

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