基于欧拉方程的实效伴流计算

《基于欧拉方程的实效伴流计算》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、武汉理工人学硕士学位论文1．1概述第1章绪论在现在的螺旋桨设计方法中，船舶伴流场中的螺旋桨性能是用基于势流理论的方法估算的，这主要是因为设计过程通常需要在许多可选的设计方案中进行一系列重复的计算，而基于势流理论的计算程序可以在很短的CPU时间内比较准确地预报螺旋桨在非均匀流场中的性能。然而，当用势流理论分析螺旋桨周围的流场时，由流体粘性引起的船体边界层干扰的作用就被忽略了。为了避免由于势流假设引起的不准确性，螺旋桨设计者引入了实效伴流的概念。所以，实效伴流是对基于势流理论的螺旋桨分析方法的修正，宪包含了螺

2、旋桨和来流之间的相互影响。船后伴流的速度场是缀复杂的，船舶伴流场对螺旋桨的效率、空泡、噪音及激振力起着十分重要的作用。由螺旋桨驱动的船舶尾部流动比没有螺旋桨工作时复杂得多。船后螺旋桨在不均匀尾流中会引起空泡、脉动压力，这些都是水动力噪声的重要来源，因此，实效伴流的预报对螺旋桨的设计不但有重要的理论价值，而且有重大的实用意义。另外，人们对现代船舶减振和节能方面的要求越来越商，随之对螺旋桨设计的要求也冒益提高，这样就更需要较精确的实效伴流分布的知识。遥常，获取斧流分数的方法是进行专门的模型试验，但是模型试验存

3、在着尺度效应、结果换算误差以及资金投入大等缺点，使其应用受到～定的限制。丽理论计算方法可以弥补上述试验方法的不足，所以，数值计算方法在实效伴流场的计算中是不可缺少的。近年来，实效伴流的研究逐渐引起了国内外造船界的重视，从理论计算上开展了系列的研究工作，并得出了比较满意的结果。需要说明的是，在螺旋桨相关的计算中，通常将其伴流场作如下划分，如图1．1所示。将总速度分解为实效速度和螺旋桨诱导速度，而实效速度则包含了标称速度和干扰速度。总速度透过求解流场获褥，螺旋桨的诱导速度可以应用螺旋桨的势流理论计算，然后用总

4、速度减去螺旋桨诱导速度即可得出实效速度。武汉理工大学硕士学位论文图1-1螺旋桨伴流场的分解1．2国内外相关研究综述由于螺旋桨遭受的实效来流速度分布依赖于螺旋桨与船体尾部边界层的相互干扰，但是至今对常规船舶而言，从理论上精确预测船舶尾部周围和分离区域中的速度剖面仍然是匿难的，更何况带运转螺旋桨时尾部周围的流动为湍流这一更复杂的情况。因此，有关实效伴流的理论研究目前还是在发展阶段。从上世纪七十年代开始，美国圣地亚哥海军东下中心的Nelson、美国DTNSRDC的黄崇智等人、日本三菱重工长崎试验池的长松和德永相

5、继开始了实效伴流分布的理论研究工作llJ。后来，拍ddE．Taylor(MassachusettsInstituteofTechnology)和SpyrosA．Kinnas(TheUniversityofTexasatAustin)等人进行了比较多的实验和理论研究工作【2-81，对实效伴流分布的理论进行了很好的发展。在Hu褫g等人的实验中≯l，他们成功地应用激光多普勒测速仪(LaserDopplerVelocimeter，U)V)测量了非常靠近螺旋桨盘面的速度分布，因而提供了螺旋桨和船尾边界层之闯相互影响

6、的信息。在这些成功的测量之后，他们发展了～种2武汉理工大学硕士学能论文用予求解实效伴流的理论方法H铘，应用此方法对轴向速度的预报结果与桨前的测量数据吻合良好。大连工学院的王言英等人【lld3】提出了一种以模型伴流场测试结果为依据的模一船伴流场相关分析的理论计算方法，该方法用二维势流绕流理论计算势伴流，边界层厚度用二维边界层理论计算，其计算结果显示实船伴流分布的收缩结果圊三维理论计算结果符合较好。之后，他们在上述计算方法的基础上进一步发展，提出了按三维势流绕流理论计算船后桨盘面势伴流的模～船伴流场相关分析方

7、法。中国船舶及海洋工程设计研究院的钱文豪以船模带工作螺旋桨测得的表观速度场，用扩展升力线理论计算实效伴流场，并比较了用实效和标称伴流场、考虑与忽略切囱分量在计算螺旋桨性能上的差别【141。随着计算机及CFD技术的发展，当前针对实效伴流的预报主要有两种研究方法：一种是Stern和Kerwin等人发展起来的求解RANS(ReynoldsAveragedNavier-Stokes)方程的方法瓣孓潲，他们的方法考虑了流体粘性的影响，应用RANS方程并引入一定的湍流模型作为尾流场的控制方程去求解流动。中国船舶科学研

8、究中心的许晶、高秋新和周连第使用这种方法成功地求解了船尾绕流，用数值模拟的方法分析了雷诺数对标称伴流的影响【191。此后，他们在此基础上用升力西理论与RANS方程耦合迭代的方法模拟了三维船舶尾流与螺旋桨之间的相互作用【琊¨，计算了在四个不同量级雷诺数情况下螺旋桨的水动力性能，并比较了不同量级雷诺数情况下实效伴流分布及实效伴流分数的计算值，初步探索了实效伴流的雷诺数影响。Stem等人【16J用RANS方程求解了三维轴对称桨船干扰