CFD在_机电一体化_导管桨性能分析及优化设计中的应用

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1、CFD在_机电一体化_导管桨性能分析及优化设计中的应用第46卷第1期2010年1月机械工程学报JOURNALOFMECHANICALENGINEERINGVol.46No.1Jan.2010DOI：10.3901/JME.2010.01.162CFD在“机电一体化”导管桨性能分析及*优化设计中的应用杨琼方1王永生1范露2(1.海军工程大学船舶与动力学院武汉430033；2.武汉理工大学交通学院武汉430063)摘要：将计算流体力学(Computationalfluiddynamics,CFD)应用于“机电一体化”导管桨水动力性

2、能分析和优化设计的全过程。对某后置定子式导管推进器敞水性能进行计算，在大范围进速系数下计算推力系数和力矩系数均与试验值吻合良好，检验计算方法的有效性。对初始设计导管桨水动力性能采用同样的方法进行计算，包括从流体力学的角度计算确定导管的主要尺寸，并结合网格类型和网格密度的影响分析了计算结果的有效性，分析设计工况下未缠绕线圈的环对间隙流场特征和导管、桨以及整体水动力性能的影响，提出将环变短变厚及相应改变叶片型值的改进设计思路，以改善间隙流动，提高敞水效率。对再设计导管桨设计工况和非设计工况性能进行计算，将环表面压力分布和导管桨推进

3、性能与初始桨进行了比较，并利用水动力试验———————————————————————————————————————————————值再次检验了计算结果。结果表明：两次利用试验值校验计算值均吻合良好，说明将CFD用于导管推进器初始设计和分析是有效的。间隙径向距离大，间隙内泄压和局部滞止流动区域范围也大；环轴向距离长，环两端的间隙内流动旋涡程度也大。环的存在对导管桨导管产生推力是有利的，但对叶片产生推力是不利的，使导管桨敞水效率降低。再设计导管桨桨的推力系数比初始设计导管桨高、力矩系数低，敞水效率要高，说明改进方向正确。关键词

4、：船舶导管推进器“机电一体化”导管桨数值模拟性能分析优化设计中图分类号：U664.33HydrodynamicPerformanceAnalysisandOptimizationDesignofMechatronicDuctedPropellerwithCFDYANGQiongfang1WANGYongsheng1FANLu2(1.CollegeofShipandPowerEngineering,NavalUniversityofEngineering,Wuhan430033;2.SchoolofTransportation,

5、WuhanUniversityofTechnology,Wuhan430063)Abstract：Computationalfluiddynamics(CFD)isappliedinthewholeprocessofhydrodynamicperformanceanalysisandoptimizationdesignofamechatronicductedpropeller.Theopenwatercharacteristicsofaductedpropulsorwithastatorbehinditsrotorarecal

6、culated,hydrodynamicforcecoefficientsshowgoodagreementwith———————————————————————————————————————————————theexperimentdata,whichindicatesthevalidityofCFDmethod.ThehydrodynamicperformancesofthepreliminarydesignmechatronicductedpropellerarecalculatedwiththesameCFDmeth

7、od,includingputtingforwardthemajorgeometricaldimensionsoftheshroudedductinhydrodynamicstermsbysimulation,andvalidatingthecalculatedresultsbychangingthemeshtypeanddistribution.Anoptimizationdesign,whichimprovesthetipflowandenhancestheopenwaterefficiency,canbeachieved

8、byshorteningandthickeningtheringandchangingthebladegeometrycorrespondinglyafteranalyzingtheeffectofringwithoutwindingtotheflowpatternoftip