半浸式螺旋桨水动力性能的数值模拟研究-论文.pdf

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1、第31卷第8期机电工程Vo1．31No．82014年8月JournalofMechanical&ElectricalEngineeringAug．2014DOI：10．39696．issn．1001—4551．2014．08．006半浸式螺旋桨水动力性能的数值模拟研究术施宇翔，张凌新，邵雪明(浙江大学流体动力与机电系统国家重点实验室，浙江杭州310027)摘要：针对半浸式螺旋桨的水动力性能问题，应用CFD方法对其流场进行了数值模拟研究，并把结果与实验进行比较。通过求解雷诺平均方程(RANS)来模拟流场，采用SSTk一湍流模型来计算RAN

2、S方程中的雷诺应力。利用Fluent中的明渠流动(OpenChannelFlow)功能模拟空泡水筒中的气液两相流动，采用VOF方法捕捉自由液面。应用滑移网格法完成搅拌桨的转动，实现了对一个五叶右旋半浸式螺旋桨的数值模拟。研究结果表明，桨的尾流场形态与实验结果吻合地较好，证明了CFD方法预测半浸式螺旋桨性能的有效性。在较低浸入深度时，数值模拟可以很好地预测半浸式螺旋桨的性能。随着浸入深度的增加，推力系数和效率的预测结果基本准确，扭矩系数的预测结果有一定偏差。从数值计算结果中，可以获得宏观力的脉动曲线和完全入水桨叶的压力分布，并且可以对桨叶

3、出水和入水过程进行详细的研究。关键词：半浸式螺旋桨；数值模拟；尾流场；性能曲线中图分类号：TH133；U661．31+3；TP302．7文献标志码：A文章编号：1001—4551(2014)08—0985—06Numericalstudyofthehydrodynamicperformancesn一●●’’olsurtacepiercingpropellerSHIYu—xiang，ZHANGLing—xin，SHA0Xue—ming(StateKeyLaboratoryofFluidPowerTransmissionandControl

4、，ZhejiangUniversity，Hangzhou310027，China)Abstract：Aimingatinvestigatingthehydrodynamicperformancesofsurfacepiercingpropeller，CFDmethodwasappliedtosimulateitsflowfiled．Thenumericalresultswerecomparedwiththeexperimentaldata．Aright—handsurfacepiercingpropellerwithfiveblades

5、wasmodeled．ItsflowfieldwassolvedthroughReynoldsAveragedNavier—Stokesequation(RANS)．SSTk一(uturbulencemodelwasutilizedtocalculateReynoldsstressesintheRANSequations．TheOpenChannelFlowmodelinFluentwasemployedtosimulatethegas—liquidflowincavitationtunne1．Thefreesurfacewascapt

6、uredthroughtheVOFmethodandtherotationofthepropellerwashandledbymeansofslidingmesh．Theresultsindicatethatthewakefieldshapeisinsatisfactoryagreementswiththeexperimentaldata．ItprovedthevalidityofCFDmethodtopredicttheperformanceofsurfacepiercingpropeller．Inlessdepthofimmersi

7、on，numericalsimulationcansupplyagoodpredictionofpropellerperformance．Withtheincreaseoftheimmersingdepth，theresultsareaccurateenoughforthrustcoeficientandeficiency．Howevertherearesomedeviationsfortorquecoefficientprediction．Thenumericalresultscanprovidethefluctuatingcurve

8、ofmacroscopicforcesandthepressuredistributioncontourofafully—submergedblade．Theprocessofentryandexitoft