螺旋桨敞水性能CFD不确定度分析.pdf

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1、第14卷第5期2010年5月船舶力学JoumalofShipMechanicsV01．14No．5May2010文章编号：10070294(2010)05—0472—09螺旋桨敞水性能CFD不确定度分析杨仁友，沈泓萃，姚惠之(中国船舶科学研究中心，江苏元锡214082)摘要：基于商用RANS代码，利用结构化网格技术和流道计算模型对库存螺旋桨敞水性能进行数值计算，并参考17rrC—CFD不确定度分析推荐规程和基准检验试验数据，对其水动力数值模拟结果进行验证和确认。文中为开展网格收敛性研究，共设计了三套网格，网格加细比为、／2。同时也分析比较了SST矗州湍流模型和RNG后

2、一￡湍流模型对网格收敛特性的影响，为螺旋桨敞水水动力数值模拟方法向工程应用方向迈进提供技术支撑。关键词：螺旋桨；敞水性能；CFD；不确定度分析中图分类号：U661．3文献标识码：AUncertainanalysisofCFDsimulationontheopen—waterperflormanceofthepropellerYANGRer卜，ou，s}lENHon管一cui，YAoHtd—zh毫(ChjnaShipSci朗l蚯cRese眦bC朗ter，Wuxj214082，Chilla)Abstract：Usingthestmctured一酣dtechnolog)ra

3、ndtIlenowmodelaroundonebladepassage，thehydro—dynamicperfb咖anceofthe8tockpropeUerw鹤咖mericallycomputedwithcommercialRANSr腿thods．Accordingtotheuncertaintyanalysisme出olog)，andprocedureinCFDrecommendedbynTCandthebenchmarkdatabase，thenumericalhydmdynamicre8ultswereverifiedandvalidated．Inthisp

4、aper'班dstudieswereconductedusingthree酣ds(m=3)衍th酣drefinementratio丘=、／2，andSST尼—∞加dRNG后一8turbulentmodelsweresolvedrespectivelytoanalyzetheturbulent—modelefkctsonthegrid—conVer-gencecharacteristic8．Theobjectivesaretopro啪tetllenumericalsimulationleVelsintllepmcticeoftlleopen—waterperfbnnan

5、ceoft11epropeller．Keywo“b：propeUer；open—waterperfb瑚：lance；CFD；uncertaintyaJlalysis1引言随着计算机技术的不断发展和计算能力的不断提高，CFD技术逐渐成为船体外形选型、优化设计中的一个重要手段，而制约CFD工程上广泛应用的主要瓶颈是CFD技术的快速反应能力以及CFD技术的计算精度与结果可靠性问题。对于后者，国内外相关技术人员开展了深入和细致的研究工作，召开了多次学术会议，取得了许多成效，也初步提出了CFD不确定度分析的推荐规程。目前，国际上通常采用Richardson外推法(RE)定量估算

6、数值误差，它将误差看作典型网格单元尺寸的幂级数展开式。实际应用中，受到网格套数的约束，幂级数展开式不得不采用有限项数n来确定误差。根据RE公式可知，误差表达式中有1+2乃个未知数，所以需要同等数目的数值解。理论上，项数收稿日期：2010—0l一25作者简介：杨仁友(1980-)，男，中国船舶科学研究中心博士研究生。第5期杨仁友等：螺旋桨敞水性能CFD不确定度分析473几越大，网格越精细且更接近渐进范围。但是n的增大带来的不利影响是网格数目的增多。经典方法中，仅选取一项来满足渐进范围，如Roache掣1】提出的网格收敛指标(GCI)方法。该方法将单项幂级数指数p看作未知

7、，由于程序中包含三个未知数：精确解qb0、系数a和准确度量阶p，因此至少需要三套网格才能开展网格收敛性研究，像Steml2】和24届ITTC【3】等均推荐此方法开展CFD不确定度分析。另一种方法是由Oberk帅p卵建议的采用给定整数指数的多项幂级数方法。当取一项幂级数展开时，需要两套网格；取两项幂级数展开时，需要三套网格；三项之时，需要四套网格，依此类推。文献【4】通过算例进行两种方法对比分析认为，采用Roache的未知指数单项展开式和给定指数的两项展开式来估算误差似乎是最为有效。E9a和Hoekstra【4J提出采用最小二乘法来计算上述各未知参数值