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        螺旋槳水動力性能研究進展

        2011-07-11 09:39:52卉,邱
        艦船科學(xué)技術(shù) 2011年12期
        關(guān)鍵詞:空泡螺旋槳流場

        李 卉,邱 磊

        (華中科技大學(xué)船舶與海洋工程學(xué)院,湖北 武漢 430074)

        螺旋槳水動力性能研究進展

        李 卉,邱 磊

        (華中科技大學(xué)船舶與海洋工程學(xué)院,湖北 武漢 430074)

        升力面理論的應(yīng)用日趨完善,面元法和N-S方程的方法已逐漸成為螺旋槳設(shè)計與水動力預(yù)報的主流,特別是能提供槳葉表面流動精細描述的CFD方法。雖然運用粘性流預(yù)報螺旋槳水動力性能的CFD方法較基于勢流理論的升力線、升力面和面元法表現(xiàn)出較強的優(yōu)越性,但是勢流理論的完善性使其仍是螺旋槳設(shè)計和計算中最常用的工具。本文較全面地介紹了國內(nèi)外螺旋槳水動力性能研究的最新進展,為螺旋槳相關(guān)研究提供參考。

        螺旋槳;水動力性能;CFD;勢流理論

        0 引言

        作為流體動力學(xué)的重要分支,船舶水動力學(xué)早期依賴勢流理論和經(jīng)驗公式來修正,很難全面考慮流體的粘性效應(yīng)對船舶性能的影響。隨著現(xiàn)代數(shù)值技術(shù)理論的突破和計算機性能的不斷提高,船舶水動力學(xué)的研究焦點開始轉(zhuǎn)移到計及自由液面的不可壓粘性流的研究方向上來。螺旋槳作為最常用的船用推進器和重要的水動力學(xué)研究對象,研究范圍非常廣泛。涉及螺旋槳理論設(shè)計與優(yōu)化、尺度效應(yīng)、空泡、壓力脈動、噪聲以及船/槳/舵干擾等諸多方面,其水動力學(xué)研究仍然是基于勢流理論,數(shù)值理論的局限性必然會造成許多不足之處,但勢流理論的相對完善性使其在螺旋槳設(shè)計方面得到廣泛應(yīng)用,而全粘流理論方法在湍流模式、高雷諾數(shù)流動、自由面流動、船體/螺旋槳/附體復(fù)雜系統(tǒng)流動等方面尚存在不少困難。從目前的研究來看,CFD的試驗驗證已從早期的宏觀力和力矩驗證轉(zhuǎn)向流動細節(jié)和葉片壓力分布的驗證,LDV和PIV的應(yīng)用十分廣泛,并獲得了有價值的基準檢驗數(shù)據(jù),但是船體/螺旋槳/舵及相關(guān)附體復(fù)雜系統(tǒng)水動力外形CFD優(yōu)化與數(shù)值預(yù)報還有理論和技術(shù)上的不足。本文在大量翻閱國內(nèi)外相關(guān)文獻后,對螺旋槳水動力學(xué)發(fā)展現(xiàn)狀進行總結(jié),為后續(xù)研究提供參考。

        1 一般船舶螺旋槳性能

        螺旋槳性能研究常用的方法有理論研究方法、數(shù)值計算方法和實驗研究方法。理論研究方法能清晰、普遍地揭示流動的內(nèi)在規(guī)律,但該方法目前只局限于少數(shù)比較簡單的理論模型。研究更復(fù)雜更符合實際流動的,一般采用數(shù)值方法,數(shù)值方法能解決理論研究方法無法解決的復(fù)雜流動問題,如常見的航空工程、船舶與海洋工程、氣象預(yù)報、水利工程、環(huán)境污染預(yù)報等。數(shù)值模擬在某種意義上比理論與試驗對問題的認識更為深刻、更為細致,不僅可以了解問題的結(jié)果,而且可隨時連續(xù)動態(tài)地、重復(fù)地顯示流動過程的形成和發(fā)展,詳細了解流場整體和局部的細致信息。雖然數(shù)值模擬較之模型試驗顯現(xiàn)出較強的優(yōu)越性,但是模型試驗的可靠性還是數(shù)值模擬無法替代的。

        與其他的力學(xué)問題一樣,研究螺旋槳的水動力性能首先要進行流動分析,進行合理的簡化與假設(shè)建立數(shù)學(xué)模型,分析具體的流場環(huán)境,如均勻流場與非均勻流場、理想流體與粘性流體、不可壓縮流體與可壓縮流體、定常流動與非定常流動等。從近幾年國內(nèi)外發(fā)表的各類文獻資料來看,螺旋槳水動力性能研究主要集中在以下幾個方面:網(wǎng)格劃分方法、湍流模型、勢流與粘流、性能優(yōu)化、槳舵干擾、尺度效應(yīng)。進一步發(fā)展的重點應(yīng)該是梢渦模擬、非定常特性預(yù)報,并向?qū)Ч軜?、組合推進器、吊艙推進裝置以及船/槳/舵干擾和尺度效應(yīng)研究拓廣。

        1.1 網(wǎng)格劃分方法對螺旋槳性能的影響

        計算流體力學(xué)的發(fā)展為螺旋槳水動力性能的研究提供了新的方法,數(shù)值求解控制流體流動的微分方程,得出流體流動的流場在連續(xù)區(qū)域上的離散分布,從而近似模擬流體流動情況。數(shù)值模擬首先必須做的是將連續(xù)空間離散化,簡而言之就是劃分網(wǎng)格。劃分網(wǎng)格是建立有限元模型的1個重要環(huán)節(jié),它要考慮的因素較多,工作量較大,劃分的網(wǎng)格形式對計算精度和計算規(guī)模將產(chǎn)生直接影響。

        求解計算區(qū)域或者部分計算區(qū)域是運動時的流動問題時包括單旋轉(zhuǎn)坐標系中的流動和多旋轉(zhuǎn)參考系中的流動,螺旋槳作為典型的旋轉(zhuǎn)運動部件,目前有3種能解決靜止和運動區(qū)域并存問題的模型,即多參考系模型(MRF),混合平面模型(Mixing Plane),滑移網(wǎng)格模型。選用不同模型時建立網(wǎng)格的方式不同,使用旋轉(zhuǎn)坐標系時必須指定1個旋轉(zhuǎn)軸來建立網(wǎng)格,為方便起見通常選取x軸、y軸或z軸作為旋轉(zhuǎn)軸。用動靜結(jié)合方式將整個計算域按照部件的相對運動關(guān)系劃分為若干子區(qū)域,可以充分考慮各部件之間的相互作用,能獲得全面的流場信息,只是對整個流道計算的計算量比較大。涉及到滑移網(wǎng)格和動網(wǎng)格技術(shù)的應(yīng)用時,計算區(qū)域的劃分必須進行特殊處理。把整個計算域劃分為運動和靜止2個部分,2個區(qū)域的交界面設(shè)置為interface,如圖1所示。

        圖1 全通道計算的計算域與網(wǎng)格劃分Fig.1 The full channel calculation of the computational domain and mesh

        在進行螺旋槳敞水性能計算時,螺旋槳的轉(zhuǎn)動和周圍流場的流動具有周期性特點,因而可以使用周期性邊界條件,即對于Z個葉片的螺旋槳,僅僅研究沿軸向的Z分之一流域。對敞水螺旋槳單個槳葉通道內(nèi)的流場進行數(shù)值模擬,可以大大減少網(wǎng)格數(shù)量和節(jié)約計算時間。實踐表明,敞水條件下螺旋槳繞流呈現(xiàn)定常流動狀態(tài)時采用周期性邊界條件計算螺旋槳敞水性能的方法是可靠的。

        雖然CFD技術(shù)有了很大的提高,但是成功進行CFD仿真的關(guān)鍵還是網(wǎng)格質(zhì)量及其類型。對螺旋槳及其計算域進行結(jié)構(gòu)網(wǎng)格還是非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格劃分,或是混合網(wǎng)格劃分一般而言都是可行的。但是經(jīng)驗表明采用混合非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的計算準確性沒有采用六面體結(jié)構(gòu)網(wǎng)格好;而另一方面,生成混合非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格比六面體結(jié)構(gòu)網(wǎng)格容易得多,采用尺度函數(shù)以漸進擴張的方式對槳葉表面進行網(wǎng)格劃分,在導(dǎo)邊、隨邊、葉根、葉梢等部位加密,而在槳葉中間單元逐漸增大。并構(gòu)建用于螺旋槳敞水性能計算的棱柱層和四面體混合非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格,以便更好地考慮湍流邊界層的流動特性。事實上,混合網(wǎng)格是半自動生成的,而六面體結(jié)構(gòu)網(wǎng)格基本上是手動劃分,需要耗費大量的精力。特別是對于螺旋槳這種外形結(jié)構(gòu)復(fù)雜的模型,對其進行結(jié)構(gòu)網(wǎng)格劃分是比較困難的,進一步講,目前的商業(yè)軟件還無法用結(jié)構(gòu)網(wǎng)格來研究槳船之間的相互干擾。鑒于劃分六面體結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的工作量大且復(fù)雜,意大利學(xué)者Mitja Morgut和Enrico Nobile就結(jié)構(gòu)網(wǎng)格和混合網(wǎng)格對計算結(jié)果的影響進行了專門研究,他們選用2個5葉槳分別用結(jié)構(gòu)網(wǎng)格和混合網(wǎng)格進行劃分后計算。結(jié)果顯示,在模型比例狀態(tài)下,使用混合非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格不失為明智的選擇,計算結(jié)果與結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的計算結(jié)果具有相似準確性且網(wǎng)格易于生成[13]。

        1.2 基于勢流理論和粘性流理論的螺旋槳水動力性能分析

        螺旋槳水動力性能預(yù)報經(jīng)歷了升力線、升力面、面元法以及基于求解RANS方程的CFD方法幾個階段。升力線方法過于簡化導(dǎo)致求解精度不夠,升力面在升力線的基礎(chǔ)上有所進步但由于其是建立在薄翼理論基礎(chǔ)上的,不能精確地描述螺旋槳的幾何外形以至于不能正確的預(yù)報槳葉壓力分布和空泡性能,其計算精度也不能令人滿意。面元法能很好地處理槳轂、導(dǎo)邊及槳葉上的空泡影響,更精確地描述復(fù)雜的螺旋槳幾何外形,克服升力線和升力面的不足,對復(fù)雜的翼身結(jié)構(gòu)作了更為精確的離散化處理,同時消除升力面理論中薄翼假設(shè)帶來的導(dǎo)邊奇性,更精確地預(yù)估導(dǎo)邊附近和剖面較厚處的壓力分布并能計及槳轂的存在及槳轂對螺旋槳性能和槳葉壓力分布的影響[18]。升力面理論的應(yīng)用日趨完善,面元法和N-S方程的方法已逐漸成為螺旋槳設(shè)計與水動力預(yù)報的主流,特別是能提供槳葉表面流動精細描述的CFD方法。雖然升力面和面元法能成功的預(yù)報螺旋槳在穩(wěn)定流和非穩(wěn)定流中的水動力性能,但是這些理論方法都是建立在勢流的基礎(chǔ)上,計算過程中忽略了粘性影響,因此在工程應(yīng)用中需要對設(shè)計和計算結(jié)果進行粘性修正。由于勢流理論忽略粘性力導(dǎo)致我們在研究尺度效應(yīng)對實船的影響、空泡與黏性流的非線性相互作用、螺旋槳槳葉表面邊界層和尾流渦的結(jié)構(gòu)與力學(xué)機理等問題時都無法給出定量的計算結(jié)果,特別是勢流計算方法無法捕捉槳葉附近的細節(jié)流動如槳葉隨邊渦的結(jié)構(gòu),嚴重影響了螺旋槳性能的預(yù)報精度[17]。基于RANS方程的計算流體力學(xué)方法為上述問題的解決提供了有效地解決方案。

        求解RANS方程的商業(yè)軟件相繼出現(xiàn)并不斷完善,很明顯在螺旋槳水動力性能數(shù)值預(yù)報方面CFD方法已成為主流研究方向。對湍流模式、網(wǎng)格生成、近壁面模型等CFD關(guān)鍵問題不斷改進后,CFD代碼分析復(fù)雜流動的能力大幅提高。盡管如此,涉及物理模型的逼真度、數(shù)學(xué)理論以及如何選擇基準檢驗試驗驗證方案等復(fù)雜問題時,CFD方法還存在一定的不確定性,成為CFD研究領(lǐng)域中極具挑戰(zhàn)性的前沿課題。CFD發(fā)展至今,雖然RANS,LES和DES等粘流方法在流場預(yù)報方面開始起主導(dǎo)作用,但勢流理論的方法仍是螺旋槳設(shè)計和計算中最常用的工具。應(yīng)該指出,緊急倒車工況下推進器的性能預(yù)報最具挑戰(zhàn)性,RANS方法不能模擬此時出現(xiàn)的強非定常瞬態(tài)分離流,新近發(fā)展的LES方法已能實現(xiàn)對緊急倒車敞水螺旋槳的模擬,目前正在向船后槳模擬發(fā)展。

        RANS粘流方法在螺旋槳水動力預(yù)報上有以下幾方面的應(yīng)用:

        1)尺度效應(yīng)

        螺旋槳敞水試驗必須滿足的相似準則是進速系數(shù)J、雷諾數(shù)Re、弗氏數(shù)Fr和相對潛深Hs都屬于限制參數(shù),由于不能同時滿足全部相似準則只能根據(jù)試驗特點滿足主要的相似準則,造成模型試驗與實際流動情況的差異,這就產(chǎn)生了粘性尺度效應(yīng),實踐中有很多根據(jù)經(jīng)驗得出的方法可用來修正實驗結(jié)果,但一般都不具有代表性。估計尺度效應(yīng)的大小,尋求減小或修正尺度效應(yīng)的方法成為螺旋槳水動力研究的1個重要課題。

        2)空泡與誘導(dǎo)脈動壓力

        螺旋槳空泡特性與其激振力、輻射噪聲、槳葉剝蝕及誘導(dǎo)脈動壓力等有直接聯(lián)系,在螺旋槳性能預(yù)報中非定常螺旋槳的空泡特性顯得尤為重要。各類空泡現(xiàn)象,如局部片空泡、片狀超空泡、泡空泡、云空泡和梢渦空泡等,所采用的數(shù)值計算方法主要有經(jīng)驗方法、升力面方法、面元法和歐拉方程組等勢流方法,以及帶單相和多相模型的RANS方程組和各種方法的耦合。此外,LES方法和DES方法對改善空泡起始和非定常空泡模擬精度的作用開始凸顯。但總體上講,除片空泡圖形外,其他空泡類型和空泡性能的模擬,目前的計算方法都存在不足之處。目前,螺旋槳空泡與脈動壓力試驗技術(shù)進展不大,空泡現(xiàn)象和效應(yīng)的量化測試和結(jié)果仍然很不理想。CFD的應(yīng)用有望解決這個問題,在空泡計算方面,帶單相和多相模型的CFD方法以及氣泡動力學(xué)與粘流理論組合的空泡起始預(yù)報方法頗具發(fā)展?jié)摿?,而空泡誘導(dǎo)脈動壓力的預(yù)報仍無合適的數(shù)值方法,1種基于無粘可壓縮波動方程的預(yù)報方法正處于發(fā)展起步階段,或許有助于問題的解決。

        空泡誘導(dǎo)脈動壓力也是1個重要的研究課題,空泡誘導(dǎo)脈動壓力強烈依賴于空泡的間斷性,以及梢渦空泡的動力特性和空泡統(tǒng)計特征,故船體表面脈動壓力測量除了正確模擬伴流場之外,還必須伴隨相應(yīng)的空泡觀測。盡管目前表面空泡區(qū)域的計算方法已較成熟,但其誘導(dǎo)脈動壓力仍不具備預(yù)報能力,而其他類型空泡誘導(dǎo)脈動壓力的數(shù)值預(yù)報則更成問題,故而現(xiàn)在的預(yù)報幾乎均靠模型試驗加上經(jīng)驗方法來實現(xiàn)。

        3)非常規(guī)螺旋槳性能

        非常規(guī)螺旋槳主要指導(dǎo)管槳、部分導(dǎo)管槳、前或后定子槳、端板槳、割劃槳和Z形驅(qū)動槳等,特別是對半潛槳(SSP)與表面切入槳(SPP)以及吊倉式螺旋槳推進器(POD)的研究與應(yīng)用。由于螺旋槳及其部件與船體相互作用的物理機制不是很清楚,因而常規(guī)預(yù)報方法在預(yù)報精度上存在很大的誤差,所以必須研究新的預(yù)報方法。CFD技術(shù)有助于了解相互干擾的物理機制,這方面的研究已經(jīng)取得了很大突破。

        不同溫度下水樹的生長特性是國內(nèi)外研究者關(guān)注的重點。然而對于在不同的溫度下XLPE電纜中水樹生長的規(guī)律,目前的研究尚未得到統(tǒng)一的結(jié)論。有研究認為在高溫下水樹生長速率提高,但同時也有研究認為隨著溫度升高,水樹生長速率將下降。另有研究表明低溫下水樹生長速率將增加[9-11]。以往的研究大多集中在研究不同溫度下水樹形態(tài)、生長速率等方面,尚未關(guān)注在一個較長的老化時期內(nèi)低溫下的水樹生長特征,例如水樹生長速率隨著老化時間的變化及其原因分析。有關(guān)此方面的研究有助于進一步探索水樹在低溫下的生長規(guī)律,此外對于提高局部寒冷地區(qū)XLPE電纜的絕緣狀態(tài)監(jiān)測及運維管理水平亦有現(xiàn)實的指導(dǎo)價值。

        吊倉式螺旋槳推進器(POD)在近幾年發(fā)展迅速,與其相關(guān)的推進和空泡性能預(yù)報、非設(shè)計工況的水動力載荷及特殊應(yīng)用如冰區(qū)航行、混合推進方式中的水動力學(xué)問題逐漸成為熱點研究課題。雖然CFD的方法在研究吊倉式螺旋槳推進器的空泡性能,包括吊艙姿態(tài)、伴流、大轉(zhuǎn)角和動態(tài)操作影響時表現(xiàn)出一定的優(yōu)越性,但在研究其非設(shè)計工況下的性能如螺旋槳力和其他動力效應(yīng),包括槳葉水動力及其在吊艙室上誘發(fā)的大窄帶脈沖載荷和船的橫搖及航向穩(wěn)定性等時CFD預(yù)報效果也十分有限,這個問題還亟待解決。

        4)船/槳/舵及附體相互干擾流動的水動力研究

        某些特殊情況下,舵表面會產(chǎn)生1個“負拉力”,如果能充分利用這種現(xiàn)象就能大大降低整船的阻力。另外,除了從舵設(shè)計方面考慮推進效率外,空化也都是需要考慮的問題。高功率集中的螺旋槳需要在運行效率和船體表面輻射壓力二者之間維持1種平衡,這種類型的槳經(jīng)常產(chǎn)生強烈的、空化梢渦和尾渦現(xiàn)象,而這些渦的存在會破壞舵的表面,導(dǎo)致油漆脫落、表面腐蝕。除此之外,流動的切向分量從螺旋槳分離時對舵和螺旋槳葉片形成大攻角空化侵蝕。由于船體、螺旋槳、舵及其附體的共同存在,使得船體尾部流場變得異常復(fù)雜,已經(jīng)不能簡單的用螺旋槳的敞水性能來衡量槳的水動力性能,需要綜合考察尾部流場狀況,權(quán)衡影響。意大利學(xué)者Roberto Muscari,Andrea Di Mascio采用運動重疊網(wǎng)格技術(shù)對INSEAN E1607螺旋槳實際工作環(huán)境進行的細致研究,將槳置于實際船體尾部,并且考慮了舵的影響。與此同時也計算了獨立槳的敞水性能,二者比較來看位于船體尾部的螺旋槳表面壓力分布與敞水槳表面壓力分布有很大差異,水動力性能發(fā)生了較大變化[10],由此看來,將船體、槳、舵及相關(guān)附體作為1個整體來研究是很有必要的。

        1.3 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(shè)計時僅考慮平均伴流分數(shù),而理論設(shè)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(shù)據(jù),經(jīng)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(yīng)用時需要判斷螺旋槳工作的流場狀態(tài),均勻伴流或是非均勻伴流。在隨后的模擬過程中實現(xiàn)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(wěn)定的方法也完全不同。

        螺旋槳大多工作在非均勻海洋或河流環(huán)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(xiàn)非均勻伴流場的問題,國內(nèi)外學(xué)者已進行過相關(guān)研究,Takayuki WATANABE[2]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(shù)來實現(xiàn)伴流場的非均勻性。Claus D.Simonsen[3]將完整的螺旋槳和船體作為1個整體來求解,從而實現(xiàn)伴流場的非均勻性。我國學(xué)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Takayuki WATANABE和Claus D.Simonsen實現(xiàn)伴流的方法,分別計算了非均勻伴流場中Seiun-Maru HSP螺旋槳和某集裝箱船KP505螺旋槳的非定常水動力性能[4]。在Seiun-Maru HSP螺旋槳的數(shù)值模擬中,通過Fluent軟件提供的UDF自定義函數(shù)將自行編寫的非均勻伴流場控制程序與求解器結(jié)合起來實現(xiàn)了非均勻伴流場中螺旋槳的非定常數(shù)值模擬。

        1.4 螺旋槳定常和非定常水動力性能分析

        船舶實際航行過程中螺旋槳往往工作在非均勻來流中,來流的方向并不總與螺旋槳的軸向重合,斜向進流是比較常見的,這就造成了螺旋槳前方進流的空間非均勻,螺旋槳槳葉產(chǎn)生的推力在旋轉(zhuǎn)過程中也不是恒定的,即螺旋槳旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生了非定常力。這樣螺旋槳就有了2種不同的水動力性能,因此我們在數(shù)值模擬前必須充分考慮螺旋槳的實際工作環(huán)境,需要解決的問題是穩(wěn)態(tài)還是瞬態(tài)的。

        一般情況下定常模擬不論是在網(wǎng)格劃分還是計算要求上相對于非定常模擬要容易一些。目前有2種技術(shù)可以實現(xiàn)螺旋槳在定常和非定常狀態(tài)下的旋轉(zhuǎn)運動。一種是在定常狀態(tài)下使用相對運動坐標系來實現(xiàn)螺旋槳在流場中的旋轉(zhuǎn);另一種是非定常狀態(tài)下使用動網(wǎng)格來模擬實際流場中螺旋槳的,比起相對運動坐標參考系技術(shù)該技術(shù)更忠于螺旋槳的實際運動,但同時技術(shù)相對復(fù)雜,計算量大,對計算機硬件和網(wǎng)格質(zhì)量要求也更高[1]。相對運動坐標參考系模型包括單旋轉(zhuǎn)運動參考坐標系模型和多運動參考坐標系模型,二者都假定流場是定常的,使問題簡化了,但同時計算精度較動網(wǎng)格模型低?;凭W(wǎng)格的出現(xiàn)使我們找到了既能實現(xiàn)螺旋槳非定常模擬又能完全忠于流場中旋轉(zhuǎn)物體間十分強烈的相互作用的方法,在一定程度上保證了螺旋槳在非均勻流場中非定常數(shù)值模擬的精確度。

        1.5 湍流模型對螺旋槳水動力性能的影響

        Takayuki WATANABE曾在其論文[2]中提到使用K-ω湍流模型模擬非均勻伴流場中螺旋槳的非定常水動力性能,并對K-ω湍流模型中標準K-ω湍流模型和SSTK-ω湍流模型在預(yù)報非均勻伴流場中螺旋槳的非定常水動力性能作了對比分析,結(jié)果發(fā)現(xiàn)這2種模型的預(yù)報結(jié)果差別不是很大,但是在實際計算中標準K-ω湍流模型的每個時間步所需計算時間最短,所以選取標準K-ω湍流模型是比較實用的。

        國內(nèi)學(xué)者黃勝等為研究不同湍流模型在螺旋槳水動力性能預(yù)報中的實用性,在CFD流體計算軟件中采用標準模型K-ε,RNGK-ε模型和雷諾應(yīng)力方程模型(RSM)模擬了敞水螺旋槳在不同進速系數(shù)下的推力系數(shù)、轉(zhuǎn)矩系數(shù)等。結(jié)果顯示這3種湍流模型中標準模型對螺旋槳水動力性能的數(shù)值預(yù)報存在明顯的缺陷,RNGK-ε模型相對于標準K-ε有所改進,但這種改進仍然沒有拋棄基于渦粘性假設(shè)這個基礎(chǔ),其預(yù)報精度的改進是有限的,而RSM模型完全拋棄了渦粘性假設(shè)、完全求解雷諾應(yīng)力的微分運輸方程,并且考慮了壁面對雷諾應(yīng)力分布的影響,因此具有較其他2種模型更強的模擬能力[9]。該研究對今后各種湍流模型的選取起到一定的指導(dǎo)意義。

        2 結(jié)語

        目前備受關(guān)注的CFD方法在研究螺旋槳水動力性能方面表現(xiàn)出較強的優(yōu)越性,但CFD的本質(zhì)還是數(shù)值計算方法和流體力學(xué)理論二者的結(jié)合。與螺旋槳有關(guān)的流動問題一般是非線性的,自變量多很難求得解析解,用CFD的方法僅僅是可能找出滿足工程需要的數(shù)值解,存在一定的計算誤差。所以,要在螺旋槳理論設(shè)計與性能預(yù)報上取得突破,從根本上還是要在數(shù)值方法和理論分析二方面作進一步的研究,而不僅僅是依靠軟件計算。

        [1]沈海龍,蘇玉民.粘性非均勻伴流場中螺旋槳非定常水動力性能預(yù)報研究[A].第十四屆中國海洋(岸)工程學(xué)術(shù)討論會論文集(上)[C],2009.364-369.

        [2]WATANABE T,KAWAMURA T.Simulation of steady and unsteady cavitation on a marine propeller using a rans CFD code[C].Fifth International Symposium on Cavitation,2003:1-8.

        [3]SIMONSEN C D,et a1.RANS simulation of the flow around a ship appended with rudder.ice fins and rotating propeller[C].11thNumerical Towing Tank Symposium,September 2008.Brest/France:53-58.

        [4]沈海龍,蘇玉民.船體黏性非均勻伴流場中螺旋槳非定常水動力性能預(yù)報研究[J].水動力學(xué)研究與進展(A輯),2009,3(2):232-241.

        SHEN Hai-long,SU Yu-min.Study of propeller unsteady performance prediction in ship viscous non-uniform wake[J].Journal of Hydrodynamics(Ser.A),2009,3(2):232-241.

        [5]姚震球,高慧,楊春蕾.螺旋槳三維建模與水動力數(shù)值分析[J].船舶工程,2008,30(6):23-26.

        YAO Zhen-qiu,GAO Hui,YANG Chun-lei.3D modeling and numerical analysis for hydrodynamic force of propeller[J].Ship Engineering,2008,30(6).

        [6]王華僑,李玉豐,耿巍麟.基于UGNX的高速摩托艇設(shè)計與數(shù)字化制造的集成應(yīng)用[J].CAD/CAM與制造業(yè)信息化,2008,(11):78-83.

        [7]胡小菲,黃振宇,洪方文.螺旋槳非定常力的黏性數(shù)值分析[J].水動力學(xué)研究與進展(A 輯),2009,24(6):734-739.

        HU Xiao-fei,HUANG Zhen-yu,Hong Fang-wen.Unsteady hydrodynamics forces of propeller predicted with viscous CFD[J].Journal of Hydrodynamics(Ser.A),2009,24(6):734-739.

        [8]張志榮,洪方文.斜流中螺旋槳性能數(shù)值分析方法研究[A].船舶力學(xué)會議論文集[C],2007,9:139-144.

        [9]黃勝,王超,王詩洋.不同湍流模型螺旋槳水動力性能計算中的應(yīng)用與比較[J].哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報,2009,30(5):481-485.

        HUANG Sheng, WANG Chao, WANG Shi-yang.Application and comparison of diferent turbulence models in the computation ofa propeller s hydrodynamic performance [J]. Journal of Harbin Engineering University,2009,30(5):481-485.

        [10]MUSCARI R,MASCIO A D.Simulation of the viscous flow around a propeller using a dynamic overlapping grid approach[C].First International Symposium on Marine Propulsors smp'09,Trondheim,Norway,June 2009.

        [11]ZARBOCK O.Controllable pitch propellers for future warshipsand mega yachts[C].FirstInternational Symposium on Marine Propulsors smp'09,Trondheim,Norway,June 2009.

        [12]孫娜,嚴長罡,張鐵成.基于Pro/E的螺旋槳曲面建模方法[J].機械工程師,2010,(10):61-62.

        SUN Na, YAN Chang-gang, ZHANG Tei-cheng.Modeling method of propeller blade surface based on Pro/E.[J].Mechanical Engineer,2010,(10):61-62.

        [13]MORGUT M,NOBILE E.Comparison of hexa-structured and hybrid-unstructured meshing approaches for numerical prediction of the flow around propellers[A].First International Symposium on Marine Propulsors,Norway,June 2009.

        [14]CARLTON J,RADOSAVLJEVIC D,WHITWORTH S.Rudder-propeller-hull interaction:the resultsofsome recent research,in-service problems and their solutions[A]. First International Symposium on Marine Propulsors,Norway,June 2009.

        [15]李百齊,周偉新,劉曉東.加強流體力學(xué)技術(shù)研究引領(lǐng)船舶海洋工程創(chuàng)新[J].艦船科學(xué)技術(shù),2009,31(8):17-22.

        LI Bai-qi,ZHOU Wei-xin,LUI Xiao-dong.Enhancing ship fluid m echanics research in order to guide innovation of ship and offshore[J].Ship Science and Technology,2009,31(8):17-22.

        [17]王言英.船用螺旋槳理論及其應(yīng)用研究進展[J].大連理工大學(xué)學(xué)報,2006,46(2):306-312.

        WANG Yan-ying.Technological advances in propeller propulsion of ships[J].Journal of Dalian University of Technology,2006,46(2):306-312.

        [18]王世君.船舶螺旋槳設(shè)計方法的回顧與展望[J].中國水運,2010,(5):43.

        Development and present situation of the propeller hydrodynamic performance

        LI Hui,QIU Lei
        (College of Naval Architecture and Ocean Engineering,Huazhong University of Science and Technology,Wuhan 430074,China)

        The application of lifting surface theory has became increasingly complete,panel method and the N-S equations approach to propeller design has gradually became mainstream of hydrodynamic prediction,and in particularly the CFD method which can provide detailed descriptions of the blade surface flow.Although the use of viscous flow method to forecast the hydrodynamic performance of the propeller shows strong superiority compared to the lifting line,lifting surface and panel method based on potential flow theory,it is also the most commonly used tools of propeller design and calculation for its integrity.This paper provides the latest research on propeller hydrodynamic performance of domestic and international,which provides a reference to propeller and propeller-related research.

        propeller;hydrodynamic performance;CFD;potential flow theory

        U661.1;U664.33

        A

        1672-7649(2011)12-0003-06

        10.3404/j.issn.1672-7649.2011.12.001

        2011-04-28;

        2011-06-28

        李卉(1986-),女,碩士研究生,主要研究方向為船舶操縱控制與新型推進技術(shù)、船舶水動力學(xué)及船舶計算流體力學(xué)。

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