考虑自由液面的船-桨干扰特性数值模拟.pdf

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1、第33卷第2期浙江海洋学院学报穴自然科学版雪Ｖｏｌ．34Ｎｏ．2第2２０期14年3月ＪｏｕｒｎａｌｏｆＺｈｅｊｉａｎｇＯｃｅａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ穴ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅ雪Mar.熏２０14文章编号押１００８－８３０Ｘ穴２０14雪０2－0185－０5考虑自由液面的船-桨干扰特性数值模拟夏小浩1，许颂捷2（1.扬帆集团股份有限公司，浙江舟山316100；2.浙江海洋学院水产学院，浙江舟山316022）摘要：以KCS船与KP505桨为研究对象，应用FLUENT软件分别对KCS船、KP505桨、考虑自由液面的船-桨组合体进行数值模拟，其中船-桨干扰计算采用

2、VOF法和滑移网格技术。比较分析数值结果和试验结果，吻合较好，表明所用方法能很好模拟船-桨间的互扰现象。本文研究结果为研究船-桨干扰提供了更可靠的研究手段。关键词：自由液面；船/干扰桨；数值模拟；KCS中图分类号：U661.31+3文献标识码：ANumericalSimulationofHull-propellerInteractionwithFreeSurfaceXIAXiao-hao1，XUSong-jie2(1.YangfanGroupCOLTD,Zhoushan316100;2.FisherySchoolofZhejiangOceanUniversi

3、ty,Zhoushan316022,China)Abstract:ThispaperwastakenKCSandpropellerKP505asanexample.Numericalsimulationsareper－formedforKSC,propellerKP505,KCS/KP505interactionconsideredthefreesurface,inwhichsimulationsofhull/propellerinteractionwithsurfacearecarriedbyVolumeofFluid(VOF)methodandslidi

4、ngmeshtech－nique.Theresultshowedthatthenumericalsimulationmatchedwellwiththemodeltestmeasurement.Itprovedthatthismethodcansimulatetheinteractionbetweenthehullandpropellerverywell.Therefore,thisstudyprovidedamorereliablemeansofmethodfortheresearchabouthull/propellerinteraction.Keywo

5、rds：freesurface;hull-propellerinteraction;numericalsimulation;KCS布置于船尾的螺旋桨与船体存在相互干扰的现象，主要体现在两方面：一是高速旋转的螺旋桨会改变船尾处的流场与压力场分布，导致流体对船体作用改变，增加船体阻力；二是船尾流场变化反过来影响螺旋桨的进流条件，改变螺旋桨的水动力性能，甚至产生空泡、噪声等现象。对于船-桨互扰这一复杂问题的研究，通常采用实验模拟方法，然而受限于测试设备与仪器，实验模拟方法仅能提供有限的实验数据。较试验方法而言，数值模拟方法能提供更为详尽的流场信息[1]，同时随着计

6、算机运行能力与CFD方法精度的提升，运用CFD方法研究船-桨干扰问题的优势越来越明显。目前，许多学者已对船-桨干扰问题的数值方法展开研究，张志荣等[1]运用混合面技术实现船体/螺旋收稿日期：2013-12-10基金项目：农业部公益性行业科研专项经费项目（201003024）作者简介：夏小浩（1975-），男，浙江衢州人，工程师，研究方向：船体设计.186浙江海洋学院学报穴自然科学版雪第33卷桨整体流场的数值计算，并对两者间的互相干扰的规律进行分析。沈海龙等[2]运用滑移网格技术，对不考虑自由液面的船-桨互扰问题进行非定常水动力性能研究。王金宝等[3]分析了时

7、间步长、湍流模型和网格数量对船-桨干扰数值计算结果的影响。熊鹰等[4]针对KCS船展开推进性能预报，提出不考虑自由液面的自航船模推进因子计算方法。笔者以KCS船与KP505桨为研究对象，运用fluent软件首先对单船、单桨进行数值预报，然后对考虑自由液面的船-桨干扰进行数值模拟，通过与实验结果的比较，发现两者数据吻合度较好，进而对考虑自由液面的船-桨干扰下的船后流场进行详细分析。1数值方法本文采用Realizablek-ε湍流模型求解RANS方程，自由面运用VOF方法进行模拟，对流项采用二阶迎风差分格式，扩散项为中心差分格式，运用SIMPLE算法求解压力与速

8、度耦合。1.1控制方程整个流场的控制方程包括：不可压