螺旋桨流固耦合

CFD系列软件包含三个子软件：CFD-GEOM、CFD-ACE +、CFD-VIEW。 1）CFD-GEOM为CFD软件中的前处理软件，运用该软 件，可以进行物理模型的建立，网格的划分。
2）CFE-ACE+软件是求解软件，主要进行模块的选 择，边界条件的确定，以及求解控制变量的设定等，然 后通过其内部迭代求解控制方程输出计算结果文件。 3）CFD-VIEW主要对求解后的输出文件进行可视化 分析，得到物理场的相关物理量及参数。
Part 4
流固耦合分析案例
厂 房 四 季 暖 通 分 析
排风扇受力分析
圆形剧场通风设计和分析
黄蜂飞机气动模拟研究
本文研究对象
以VP1304桨作为研究对象，螺旋桨主要几何参
数如下表所示：
直径（m） 桨叶数 盘面比 倾斜角（度） 毂径比
0.25
5
0.799
18.837
0.3
流固耦合相关软件-CFD
本文思路
选择三种不同的材料进行研究，利用CF D系列软件对其流固耦合，比较分析受力变 形。材料属性如下表所示：
材料模型 A B C
3 kg / m 密度（ ） 杨氏模量（pa）
7400 2100 1800
1.24E11 2E10 3.53E9
泊松比 0.33 0.18 0.14
材料A为螺旋桨常用材料镍铝青铜；材料B为玻璃纤维，材 料C为树脂纤维
复合材料螺旋桨流固耦合
张胜
研究目的及意义
◎ 常规材料螺旋桨的困扰：噪声、腐蚀、疲劳寿命等
◎ 复合材料的优异性能：易成型、易维修、轻质、比
强度大、比刚度高、良好阻尼性能
◎ 由于材料性质的变化，螺旋桨的流固耦合已成为必
须考虑的问题之一
复合材料螺旋桨的应用
德国 206A 潜艇复合材料螺旋桨
德国 212A 潜艇复合材料螺旋桨
意大利黑鲨鱼雷碳纤维螺旋桨
美国 MK54 鱼雷螺旋桨
流固耦合原理
Part 1
基本概念
在力学领域中渗流场与应力场的耦合作用，
又被称之为“流一固耦合作用”。 它研究变形固体在流场作用下的各种行为以 及固体位形对流场影响这二者的相互作用
Part 2
流固耦合控制方程
在流固耦合交界面处应满足流体与固体应力 (τ)、位移(d )、热流量(q)、温度(T )等变量 的相等或守恒，即满足如下4个方程：
THE END
建模和网格划分
利用CFD软件中的前处理软件CFD-GEOM，进行物 理模型的建立，网格的划分。
螺旋桨流固耦合结果分析
桨叶最大变形数值结果
当 n = 900 r/ min和 J = 0.482时，桨叶变形云图
结论
材料属性是影响螺旋桨流固耦合特性的关键性因 素之一，流固耦合对镍铝青铜螺旋桨性能的影响较小， 但对纤维材料螺旋桨的影响不可忽视。 这表明，对纤维材料螺旋桨考虑其流固耦合的影 响有重要工程意义。
来自百度文库
Part 3 流固耦合解法
1）直接耦合式解法
通过把流体和固体的控制方程耦合到同一个方程 矩阵中进行求解,即在同一求解器中同时求解流体和固 体的控制方程。
k A X k表示迭代时间步, ff 、 f 和 Bf 分别表示流场的系
统矩阵、未知参数和外部作用力。
2）分离解法
按设定顺序在同一求解器或者不同的求解器中分别 求解流体控制方程和固体控制方程，通过流体和固体的 交界面(FS Interface)把流体域和固体域的计算结果互 相交换传递。待达到收敛标准，进行下一时刻的计算， 依次求得最终结果。