现代制造工程2010年第4期试验研究
CFD在计算船舶螺旋桨敞水性能中的应用研究
刘丹,陈凤馨
(南京工业大学机械与动力工程学院,南京210009)
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摘要:对流场中螺旋桨的敞水性能进行研究。利用Pro/E,面型线,利用创建实体功能得到螺旋桨实体模型。用CFD、转矩系数以及推进效率进行模拟,软件计算螺旋桨敞水性能的过程进行详细介绍,,数值模拟的结果可以满足工程应用要求。关键词:CF;中图分类号: 文章编号:1671—3133(2010)04—0018—04
ApplicationresearchofCFDaboutcalculationof
propelleropenwaterperformance
LIUDan,CHENFeng2xin
(NanjingUniversityofTechnology,Nanjing210009,China)
Abstract:Studiedtheopenwaterperformanceofpropellerintheflowfields.Three2dimensionalmodelwasbuiltforpropellerbythePro/E,theprofilelineofbladeisdescribedbasedoncoordinatetransformation,inaddition,byusingtheentityfunction,thesolidmodelofpropellerwascreated.Underdifferentadvancecoefficients,thethrustcoefficient,torquecoefficientandpropulsiveefficiencyofthepropellerhavebeensimulatedbytheCFD.Thecalculationresultsofthethreeturbulentmodelswereanalyzed.ThedetailprocessofusingFluenttocalculatetheopenwaterperformanceofpropellerwasintroduced,throughwhichtheopenwaterperformancecurvewasprovided.Acomparisonbetweentheanalysisresultsandtheexperimentalresultsshowedthatthenumericalsimulationscanbeusedforengineeringapplication.
Keywords:CFD;propeller;openwaterperformance;three2dimensionalmodel
0 引言
螺旋桨设计的主要问题是在满足螺旋桨吸收轴功率、拉力和转速的前提下,力求使螺旋桨的质量小,效率高,噪声小,并保证具有一定的结构安全余度。螺旋桨设计的结果需要经过螺旋桨模型的敞水试验、自航试验和空泡试验等验证并修改。然而由于桨叶曲面形状复杂,桨模制作周期较长,造价昂贵,因此桨模试验不能快速预报螺旋桨敞水性能。从19世纪中叶提出动量理论和叶原体理论到现在,基于势流理论建立的升力面理论和面元法在螺旋桨的设计以及性能预测中得到广泛应用。近年来,随着计算机技术和计算流体力学的发展,CFD软件在工程领域已得到广泛的应用。相对于物理模型的试验,CFD数值模拟具有成本低、周期短、适应性强和应用广泛等特点。
3国家自然科学基金项目(50675097)
本文通过螺旋桨的基本参数在Pro/E软件中建立三维模型,采用CFD软件,基于雷诺时均方程对螺旋
桨进行数值模拟,得出不同进速系数下的敞水性能曲线,并对结果进行分析。同时比较三种湍流模型:标
ε模型、ε模型和Realizablek2ε模型的计准k2RNGk2算结果。
1 CFD软件应用策略
CFD软件应用计算流体力学理论与方法,利用具
有超强数值运算能力的电脑,编制计算机运行程序,数值求解满足不同种类流体的运动和传热传质规律的三大守恒定律及附加的各种模型方程所组成的非线性偏微分方程组,得到确定边界条件下的数值解。其基本思想就是通过划分网格把原来在时间域及空间域上连续的物理量的场,用一系列有限个离散点上
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