摘 要：傳統(tǒng)船舶機械動力螺旋槳的動力性能分析，沒有考慮到動力與湍流的密切性，導(dǎo)致分析量化誤差較大問題。針對以上問題提出船舶機械動力螺旋槳的湍流動力性能分析，構(gòu)建分析模型，依托分析模型硬件與軟件的搭建，完成螺旋槳動力性能分析模型的構(gòu)建。通過控制方程的運用，選取湍流參數(shù)，實現(xiàn)螺旋槳動力性能分析模型運行。通過試驗分析表明提出的性能分析方法和傳統(tǒng)的分析方法相比，量化準(zhǔn)確率提升11.35%，能夠達到實際應(yīng)用要求值得推廣運用。

關(guān)鍵詞：動力性能；機械動力螺旋槳；模型平臺；性能分析

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.14.040

0 引言

傳統(tǒng)的船舶機械動力性能分析可以在特定環(huán)境下進行靜態(tài)模擬，并且針對螺旋槳的動力性能進行分析。但是在特定環(huán)境下沒有考慮到湍流的類型變化與動力的密切關(guān)系，導(dǎo)致分析量化誤差較大問題。

1 構(gòu)建螺旋槳動力性能分析模型

螺旋槳動力性能分析模型的構(gòu)建，主要由硬件和軟件系統(tǒng)相結(jié)合，其中硬件的搭建，其主要目的是給予在多種類湍流中螺旋槳動力數(shù)據(jù)獲取的保證。

（1）螺旋槳動力性能分析模型硬件結(jié)構(gòu)。螺旋槳動力性能分析模型硬件結(jié)構(gòu)搭建，主要由以下部分組成，螺旋槳動力數(shù)據(jù)載入；湍流類型數(shù)據(jù)預(yù)處理；綜合數(shù)據(jù)分析；數(shù)據(jù)存儲及顯示。

螺旋槳動力數(shù)據(jù)載入是指，把機械動力螺旋槳的運行參數(shù)，和在特定環(huán)境下的數(shù)據(jù)反饋在計算機中輸入，為綜合數(shù)據(jù)分析處理做基礎(chǔ)。而螺旋槳動力數(shù)據(jù)載入也有兩種數(shù)據(jù)區(qū)分，第一種及時性數(shù)據(jù)載入，該數(shù)據(jù)可以直接反應(yīng)螺旋槳工作時的狀態(tài)，第二種非及時性數(shù)據(jù)載入，該數(shù)據(jù)是螺旋槳工作結(jié)束的工作狀態(tài)總數(shù)據(jù)。

（2）螺旋槳動力性能分析模型軟件結(jié)構(gòu)。螺旋槳動力性能分析模型軟件系統(tǒng)的搭建，除了依托滑格網(wǎng)絡(luò)模型，還需要參考系旋轉(zhuǎn)網(wǎng)絡(luò)模型（MRF）。同時滑格網(wǎng)絡(luò)模型的虛擬計算通過系旋轉(zhuǎn)網(wǎng)絡(luò)模型（MRF）時，螺旋槳數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)流中的網(wǎng)格暴增，這時軟件計算壓力變大，但系旋轉(zhuǎn)網(wǎng)絡(luò)模型可以用不同的處理速度完成數(shù)據(jù)處理顯示?？梢哉f滑格網(wǎng)絡(luò)模型和系旋轉(zhuǎn)網(wǎng)絡(luò)模型二者相輔相成，缺一不可，依托二者可以會更好的搭建螺旋槳動力性能分析模型軟件系統(tǒng)，完成數(shù)據(jù)的處理和顯示。

2 實現(xiàn)螺旋槳湍流動力性能的分析

（1）湍流參數(shù)的確定。針對當(dāng)前的湍流研究發(fā)展來看，湍流的內(nèi)在機理變化還沒有得到人們重視，所以導(dǎo)致人們對其理解較差，還沒有找到一種可靠的解決湍流參數(shù)選取的最佳方法。

并且就目前來說，螺旋槳的湍流動力性數(shù)值計算方面可依靠方法很少。針對這些問題，我們選擇理論相對完善的且廣為使用的RNGk-ε二成方程湍流參數(shù)來封閉RANS方程。

把重整化群（RNG）方法引用到湍流分析中，建立一個全新的湍流參數(shù)其方程如下：

式中：為速度分量時均值（=1，2，3）；為水壓力時均值；為湍流流體密度；湍流流體積，為湍流流濃度；為重力加速度分量。

通過以上方程計算可以完成為控制方程的運用打下基礎(chǔ)，更好的實現(xiàn)湍流參數(shù)的選取。

（2）控制方程的載入。實現(xiàn)螺旋槳動力性能分析模型運行首先我們要運用控制方程進行計算，假設(shè)湍流是不可壓的，則流場的連續(xù)方程和動量方程分別為：

式中：為速度分量時均值（=1，2，3）；為水壓力時均值；為湍流流體密度；gi為重力加速度分量。

3 實驗分析

為了保證本文提出的船舶機械動力螺旋槳的湍流動力性能分析的有效性，進行仿真試驗分析。試驗過程中，以不同的船舶機械動力螺旋槳的動力性能作為試驗對象，進行動力性能量化準(zhǔn)確率仿真試驗。

（1）數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。為了螺旋槳動力性能量化準(zhǔn)確率仿真試驗過程的準(zhǔn)確性，對測試的試驗參數(shù)進行設(shè)置。其試驗數(shù)據(jù)設(shè)置結(jié)果如表1所示。

（2）試驗結(jié)果分析。試驗過程中，利用機械動力螺旋槳湍流動力性能分析方法，試驗環(huán)境中進行工作，分析動力性能量化準(zhǔn)確率的變化。得出試驗結(jié)果對比曲線如圖1所示。

根據(jù)試驗結(jié)果曲線圖顯示，針對兩種螺旋槳動力性能量化準(zhǔn)確率進行算術(shù)平均值處理，得出提出的船舶機械動力螺旋槳的湍流動力性能分析，比傳統(tǒng)的船舶機械動力螺旋槳的動力性能分析，量化準(zhǔn)確率提升11.35%，適合實際工作需求。

4 總結(jié)

本文針對傳統(tǒng)船舶機械動力螺旋槳的動力性能分析，無法滿足實際工作需要，提出船舶機械動力螺旋槳的湍流動力性能分析，基于分析模型的構(gòu)建，已經(jīng)模型的運行，實現(xiàn)了力學(xué)性能的分析，完成了本文的研究，實驗數(shù)據(jù)表明，其數(shù)據(jù)分析量化誤差很小，適合實際的工作需求，值得推廣運用。

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作者簡介：劉波（1973-），男，湖北武漢人，碩士研究生，中級講師，研究方向：船舶輪機工程。