新型组合桨混合性能研究

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混合式对转桨吊舱推进器空泡性能浅析

桨的钝头桨毂后工作时的叶表面空泡。钝头桨毂引起的流动分离促使处于
分离区内的叶根剖面提早产生空泡。作为指导性的原则，在确定前、后桨间距时，不仅要考虑推进性能的优化，而且要使前桨毂帽能够具有良好的
一
般情况下，双吊舱式推进器上的空泡现象是相当有限的。因为它有
与均匀流体非常接近的很好的伴流区域，因此，空泡现象只是发生在半径
外侧、０９到桨叶末端之间的区域。另外，空泡模式由与支柱压力域相关．Ｒ
的螺旋桨桨叶侧面上的片状空泡现象的狭长一条组成。在吸力面，也只是较小量的片状空泡能够并入狭小集中的叶梢涡，成为可见的低回转速度顺
器的优化设计提供可靠的信息。关键词：混合式吊舱推进器：空泡效应；螺旋桨中圈分类号：ｕ文献标识码：Ａ文章编号：１７－７９２１）０１１５１６６１５７（００６０７ —０
０引言
似是空泡是指原来以各种方式存在于水中的气核，虽然没有任何水汽或气体逸人，但当外界压力降低对，它本身也会膨胀到肉眼可见的程度。因
等）的空泡性能进研究。图１绘了拖式ＰＤ进器在空泡初生试验中观察描ｏ推到的几种典型的空泡类型。
外形，这样，即使在无后桨情况下也不会产生分离。另外，正确设计前桨的叶根剖面形状及载荷分布，可以降低毂涡的强度。

生物反应器内不同桨叶组合计算流体力学模拟

Ｃｏｐｔｔｏａｕｉｙａｉｓｓｍｕａｉｎｏｉｅｅｔｍｕａｉｎｌｆｄｄｎｍｃｉｌｔｏｆｄｆｒｎｌ
ｉｐｌｒｃｍｂｎｔｏｓｉｉｒａｔｒｍｅｌｏｅｉａｉｎｎｂｏｅｃｏ
曹逸，朱腾飞，张建华，张宏健，毛忠贵
（南大学工业生物技术教育部重点实验室，江苏无锡江２４２）１１２
摘要：用计算流体力学（Ｆ数值模拟方法研究在相同＿下（拌桨转速为４０ｒｍｎ通气速度为０８ｖ运ＣＤ）丁况搅０／ｉ、．６ｖｍ和操作温度为ｌ）４种不同桨叶组合方式对５Ｌ气液生物反应器流场、５℃ ，氧传质系数ｋＯ、Ｌ／空气体积分数、气含率（体积分数）和功率的影响，评判各桨叶组合综合性能。计算结果表明：１号方案上下档均为径向桨，具有最高ｋＯＬｔ
ｓｏｔａｈｄｌ１ｗｈｃａｈａｉｌｆｏｉｅｌｒｔｂｔｈｅｔｐａｄｂｔｏｓｄｓｃｎｐｒｖｄｈｇｅｔｈｗｈｔｔｅＭｏｅｉｈｈｓｔｅｒｄａｗｍｐｌｓａｏｈｔｏｎｏｔｍｉｅａｏｉｅｔｅｈｉｈｓｌｅｃｐｃｔｆｋＬＸＭｅｎｉｅ．ｔｄｌ２＆３ｗｉｈｔｅａｓｍｂｅｘａｏｉｅｌｒａｈｅｔｐａｄｔｅｒｄａｏｌｗａａｉｙｏｔ．ａｗｈｌｈｅＭｏｅｔｈｓｅｌｄａｉｌｆｗｍｐｌｅｔｔｏｎｈａｉｌｆｌｏｌｉｅｌｒａｈｏｔｍ，ｈｖｅｔｒａｉｔｏｍｉｈｉｕｄａｓｅｓｂｌｓＣｏｍｐｌｅｔｔｅｂｔｏａｅａｂｔｅｂｌｙｔｘｔｅｌｑｉｎｄｄｉｐｒｅｂｕｂｅ．ｉｍｐａｅｔｔｅｈｅｒｄｗｉｈｏｈｒｔｒｅｍｏｅｓ，ｔｅＭｏｅｄｌｈｄｌ４，ｗｉｈｘａｏｉｔｔｅａｉｆｗｍｐｅｌｒｔｂｔｏｎｏｔｍｉｅａｏｒｐｗｅｏｓｍｐｉｎ，ｈｌｌｌｅａｏｈｔｐａｄｂｔｏｓｄｓｈｓｌｗｅｏｒｃｎｕｔｏｓ第３Βιβλιοθήκη ９卷第２期２１年２月０１

刚-柔组合搅拌桨强化流体混沌混合

刚-柔组合搅拌桨强化流体混沌混合刘作华;孙瑞祥;王运东;陶长元;刘仁龙【摘要】Rational design of impellers in stirred vessels for strengthening the fluid flow and mixing is an important way to achieve efficient and energy-saving mixing. Rigid-flexible coupling impeller can be designed by combination of flexible body and rigid body, possessing multiple-body motion behavior. In this study, CFD simulation and PIV flow visualization were comparatively employed to analyze the difference between rigid impeller and rigid-flexible coupling impeller for fluid flow structure and mixing performance. Results showed that, compared with rigid impeller system, velocity decaying rate was reduced by 25% with rigid-flexible coupling impeller system, because it had the ability to intensify the input energy transportation by flexible part and distribute the input energy in flow field structure effectively. The streamline of the fluid stirred by rigid PBT-6 impeller and rigid RDT-6 impeller had obviously periodic attractor with fractal dimension 1.9046 and 1.9138 respectively. Rigid-flexible coupling impellers could intensify chaotic mixing of fluid and regulate the fractal dimension of flow field structure. The streamline of fluid stirred by flexible RDT-6 impeller had quasi-periodic attractors with fractal dimension of 1.9337, while the fractal dimension of chaotic attractor was 1.9545 with flexible PBT-6 impeller. It suggests that the flexible impeller could regulate multi-scale structure of the flow field by changing streamline attractor to intensify the chaotic mixing and achieve energyefficient operation.%合理设计搅拌反应器的桨叶，强化流体流动与混合行为，是实现流体高效、节能混合的重要手段。

船用螺旋桨设计与优化技术研究

船用螺旋桨设计与优化技术研究船用螺旋桨的设计与优化技术是船舶工程领域中的重要研究内容。

船用螺旋桨是推动船舶前进的关键设备，其设计的好坏直接影响到船舶的航行性能和能源消耗。

本文将从螺旋桨设计的基本原理、设计过程以及优化技术等方面进行详细阐述。

一、螺旋桨设计的基本原理船用螺旋桨的基本原理是通过螺旋桨叶片的转动产生的水流与船体相互作用，产生推力将船体推动前进。

根据流体动力学原理，螺旋桨的叶片设计应满足最大化推力、最小化振动和噪声以及最高效能的要求。

螺旋桨一般由叶片、母体以及杆连接组成。

叶片的设计关键包括叶型的选择、叶片的几何参数（如子翼比、展弦比等）、叶片面积分布等。

母体的设计关键包括母体的形状和强度。

杆的设计关键是杆的直径和材料的选择。

二、螺旋桨设计的基本过程螺旋桨的设计过程包括初步设计、中间设计和最终设计三个阶段。

1. 初步设计阶段：根据船舶的工况要求和基本参数，确定螺旋桨的直径、叶片数、种类以及安装位置。

同时，进行一些基本的叶片几何参数的估算，如叶片的展弦比、子翼比、弯曲强度等。

2. 中间设计阶段：根据初步设计结果，通过一系列的流场计算和性能试验来进一步优化螺旋桨的叶片几何参数。

此阶段的重点是确定叶片的几何参数，如叶片的弯曲角、扭曲角以及叶片的厚度分布等。

3. 最终设计阶段：根据中间设计结果，进行最终的螺旋桨设计，包括叶片的细化设计、母体的优化和杆的设计等。

在此阶段，通常需要进行大量的流场计算和模型试验来验证和优化设计结果。

三、螺旋桨设计的优化技术螺旋桨的设计优化是为了在满足船舶工况要求的前提下，进一步提高推力效率和减小振动和噪声。

常用的螺旋桨设计优化技术包括参数化模型优化、流场计算优化、进化算法优化等。

1. 参数化模型优化：通过建立螺旋桨的参数化模型，将螺旋桨的几何参数与推力效率进行关联，然后利用数值方法进行优化计算，寻找使得推力效率最大化的最优参数组合。

2. 流场计算优化：运用计算流体力学（CFD）方法对螺旋桨的水流场进行数值模拟，以评估螺旋桨的性能。

双轴桨叶式混合机的设计

双轴桨叶式混合机设计－I－双轴桨叶式混合机设计摘要随着现代化饲料工业的发展，饲料厂规模的不断扩大，对混合机的均匀度的要求不断提高。

随着液体添加量增加，传统的卧式双螺带混合机已不能满足上述要求，于是新一代高性能双轴桨叶式混合机便应运而生。

该混合机适应粉状、颗粒状，片状及粘稠状物料的混合；其混合周期短，混合均匀度高，提高了饲料厂生产效率。

本文设计了可满足饲料生产需要的双轴桨叶式混合机，该机主要由两根相反旋转的转子组成，转子上焊有多个特殊角度的桨叶，该机在电机的驱动下,桨叶带动物料一方面沿着机槽内壁作逆时针旋转；一方面带动物料左右翻动。

在两转子的交叉重叠处形成一个失重区，在此区域内，不论物料的形状、大小和密度如何，都能使物料上浮，处于瞬间失重状态，以此使物料在机槽内形成全方位连续循环翻动，相互交错剪切，从而达到快速柔和和混合均匀的效果。

这样，两侧的物料便相互落人两轴间的腔内。

本文详细的介绍了主要部件的设计和计算过程，本文设计的双轴桨叶式混合机可促进饲料业的发展，提高饲料的利用率，降低生产成本，可以为饲料的混合提供参考。

关键词：饲料；混合机；桨叶式；设计－II－Design of Biaxial blades mixerAbstractAlong with the de ve lopme nt of modern in dustr y, animal feed f actor y continue s to ex pand th e scale o f mixe r, mixin g with requ ire ment o f impro ving forage additive quan tity of liquid, trad itio n al hor izon tal double s crew with mixer a lread y canno t satisf y the require ment of new gener atio n of high perfor mance. Then biaxial blade s mixe r pr oduce and b iaxia l b la des mixer aris es at the histo ric mo ment. This machin e is wide ly u sed in the food, feed, che mica l,phar maceutical, pes ticide, and o ther indu strie s powd e r, g ranu le, flake, mis cellaneous a nd mixed s tick y mate r ials, Mixed c yc le is sh ort, mixed unifor mity:Des igned to mee t the needs o f fe ed production twin-sh aft padd le mixe r, whic h ma inly consists o f two con tra r y ro tation ax is to be phase aligned and mounted on a shaft abo ve the blade co mponen ts.Weld has mu ltip le special angle of the b lades on the ro to r, this machine is d riven b y the mo tor and blade s c arr y mater ial alo ng the inne r wa ll of the tank counterc lock wis e on the one hand；abou t o ne hand carr y mater ial turned o ve r. In a weigh tless zone is for med b y the o ver lap of the two roto rs D epartment, within th is ar ea, no matte r ho w the shape,s ize a nd den sity o f the ma ter ial, can make the mate ria l up, a t the mo ment of we ightles snes s,to make the Omni-f lip in a continu ous loop in ma ter ia ls in the mach ine e ach cu t, mix and soft so a s to ach ie ve r apid resu lts. In this wa y, on both s ides of th e ma ter ia l will fall in to the ca vity between the two sh afts with each o the r. This paper introduces th e design and calcula tion of ma in parts, des ign of th e twin-sh af t paddle mixer c an pro mote the d e velop ment o f the feed indu str y, improve fee d eff ic ienc y, r educe pro duction co sts, you can provide a re ferenc e fo r feed mix.Key w ords:Feed mix ers, padd le, de sign－III－目录摘要........................................................................................................................................ I I Abstract (III)1前言....................................................................................................................................... １2 混合机的发展现状.............................................................................................................. ２2.1国外的发展现状....................................................................................................... ２2.2国内的研发现状....................................................................................................... ３3混合机的种类....................................................................................................................... ４3.1立式混合机............................................................................................................... ４3.2卧式混合机............................................................................................................... ４3.2.1单轴螺带混合机........................................................................................... ５3.2.2双轴桨叶混合机........................................................................................... ５3.3转鼓式混合机........................................................................................................... ５4双轴桨叶混合机设计........................................................................................................... ６4.1工作原理................................................................................................................... ６4.2总体结构设计........................................................................................................... ６4.3混合机壳体设计....................................................................................................... ７4.4 转子设计.................................................................................................................. ８4.4.1两转子的总体设计....................................................................................... ８4.4.2桨叶设计....................................................................................................... ９4.4.3主轴设计................................................................................................... １３4.4.4链传动方式的设计................................................................................... １５5 总结.................................................................................................................................. １７参考文献........................................................................................................................ １８致谢.....................................................................................................错误！未定义书签。

新型双轴组合桨搅拌性能研究

容易把反应釜的介质分成以搅拌器为界的上下２个循环区，常情况下，通区间混合时间是区内混合时间
的１０倍以上，果使整个釜内的循环混合变得更加结困难。而轴向流搅拌桨可使流体产生轴向流动，循
环能力强，剪切能力相对较弱，部混合效果较但局差。为充分发挥每个单型桨的优点，免其缺点，避提出混合流组合桨。组合桨的结构如图１所示，由它内桨和外桨２部分组成。其中内桨由倾斜４。５的双
笔者针对某石化企业聚合反应的特点，出了提
一
实验溶液采用江苏张家港三惠化工厂生产的羧
种新型组合桨，在实际应用中取得了良好的搅拌
国民族化学工业的发展［。这一情况已经引起国内２］相关机构和科研人员的重视，来越多的人员已经越
Ｉ实验部分１１新型搅拌桨介绍．
径向流搅拌桨虽然在桨叶端能够产生很强的剪切作用，形成湍流扩散，利于混合，它同时也易有但
维普资讯
第２７卷第６期
２００６年１２月
化学工业与工程技术
ＪｕｎｌｆＣｅｃｌｎｕｔ＆ＥｇｎｅｉｇｏｒａｈｍｉｄｓｒｏａＩｙｎｉｅｒｎ
Ｖｏ．７Ｎｏ６１２．
合我国国情且满足生产需求的高效搅拌桨，目前是许多企业迫切的需求；新型搅拌桨进行开发和研对制，目前具有一定的理论和工业实用价值，其在工业

刚柔组合搅拌桨强化搅拌槽中流体混沌混合

柔组合桨体系的ＬＬＥ为０．０４８；刚柔组合桨可有效耗散能量，使整个槽体的能量分布均匀，刚柔组合桨在１５０ｒ・ｍｉｎ－时的多尺度熵率与刚性桨在２１０ｒ・ａｉｒｎ－时基本相近：刚柔组合桨体系的混合时间均低于刚性桨体系，在转速为
，
（１ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｈｅｍｉｓｔｒｙａｎｄＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｈｏｎｇｑｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０００４４，Ｃｈｉｎａ；
第６５卷第１期２０１４年１月
化
工学
报
Ｖ＿０１．６５ ຫໍສະໝຸດ Ｏ．１Ｊａｎｕａｒｙ
ＣＩＥＳＣＪｏｕｍａｌ
）３３ｊ３３０３３ｊ０３００：
莠
刚柔组合搅拌桨强化搅拌槽中流体混沌混合
刘作华，陈超，刘仁龙，陶长元，王运东
ｍｉｘｉｎｇｅｉｃｆｉｅｎｃｙ．Ｒｉｇｉｄ — ｌｅｆｘｉｂｌｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｃａｎｂｅｄｅｓｉｇｎｅｄｂｙｌｅｆｘｉｂｌｅｂｏｄｙａｎｄｒｉｇｉｄｂｏｄｙｗｉｔｈｍｕｌｔｉｐｌｅ－ｂｏｄｙ
（重庆大学化学化工学院，重庆４０００４４；清华大学化学工程系，北京１０００８４）

混合及混合机的发展与现状

行星双螺旋锥形混合机：
一个倒锥形的容器内装有一长一短两根非对称螺旋，两根螺旋在自传的同时沿锥壁作圆周运动，是的无聊在混合机内作：a.沿椎体壁的圆周运动；b.沿筒体半径方向的自外向内运动；c.沿锥壁的上升运动；d.有螺旋轴自传引起的下降运动，从而形成物料的对流、剪切、扩散、渗透的复合运动。
混合机的分类
• 为了适应混合要求，饲料加工中使用的混合机型多种多样：单轴/双轴、立式/卧式、分批式/连续式、锥形/V型/圆筒型、搅拌式/ 无搅拌式等，具体还可以分为两大类 • 容器回转型：滚筒型、V型、双圆锥型、正方型、S型。 • 容器固定型：卧式螺带型、立式螺带型、行星型、犁刀型、锥式螺带型、无重力型。
• 特点：结构紧凑、可靠性高、适用范围广 • 具体表现为：混合时间短，混合均匀度高，残留量少，能耗低；混合时不受物料比重、粒度、形状等物理性能的影响，不产生偏析；混合过程中桨叶对物料的作用较为柔和，不破坏物料原始物理特性。
• 以上是混合机发展中具有影响力的产品，这些产品充分考虑了影响混合的因素，各项功能逐渐趋于完善。为了适应现代科技的发展，自动控制系统已经逐步应用到混合机上，例如加料方式、次序、速度等等。
第三阶段
• 90年代末至今为第三阶段。 • 随着饲料工业的发展，生产规模不断扩大，以及高性能电脑配料秤的使用，是的混合工序对混合精度和混合时间的要求越来越高，这时期研制开发了新型产品——无重力混合机。
• 结构：该机主要由混合腔体、两组桨叶轴、传动机构、排料门机构
及控制机构等组成。混合腔体设计为两组桨叶轴运转轨迹相互匹配的“W”型，在混合腔体顶盖上设置进料口，顶部侧面安装有液体添加管道和喷嘴，以便液体的添加，而在混合腔体底部设置两组接近体腔长度的翻转密封门，当混合完成时通过气缸打开这两个翻转门，可以迅速排清混合腔体内的物料。在混合腔内设置两组旋向相反的桨叶轴，轴上装有若干个桨叶片，桨叶片呈45°角安装在桨叶轴上，桨叶片之间相互交叉重叠，并对应错开，避免两组桨叶片之间发生碰撞、干涉。

刚柔组合搅拌桨增强混合澄清槽内流体宏观不稳定性

ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＴｓｉｎｇｈｕａＵｎｉｖｅｒｓｉｙｔ，Ｂｅｊｉｉｎｇ１０００８４，Ｃｈｉｎａ）
文献标志码：Ａ
文章编号：０４３８一ｌ１５７（２０１４）０ｌ一００７８ —０９
Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔｏｆｍａｃｒｏ — ｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｙｉｎｍｉｘｅｒ－ｓｅｔｔｌｅｒｗｉｔｈｒｉｇｉｄ－ｌｅｆｘｉｂｌｅｉｍｐｅｌｌｅｒ
关键词：计算流体力学；两相流；混合；混合澄清槽；宏观不稳定性；刚柔组合搅拌桨ＤＯＩ：１０．３９６９￣．ｉｓｓｎ．０４３８ — １１５７．２０１４．０１．０１０
中图分类号：ＴＱ０２７．２
ｓｔｕｄｉｅｄ，ａｎｄＣＦＤｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｗａｓａｄｏｐｔｅｄｔｏｅｘｐｌｏｒｅｔｈｅｌｏｆｗｉｅｆｌｄｓｔｕｃｒｔｕｒｅｉｎｔｈｅｍｉｘｅｒ－ｓｅｔｔｌｅｒ．Ｅｘｐｅｉｍｅｒｎｔｓ
第６５卷
第１期
化
工学
报
Ｖ＿０１．６５ＮＯ．１Ｊａｎｕａｒｙ
２０１４年ａｌ

轮缘驱动推进器的研究与应用现状

广东造船2019年第2期（总第165期）28基金项目：浙江省教育厅一般科研项目(Y201636245); 武警海警学院海警研究所特约研究员项目。

作者简介：邱鹏（1990-），男，助教。

研究方向：舰艇安全及性能分析。

郑高（1977-）, 男，副教授。

研究方向：舰艇安全及自动化。

收稿日期：2018-10-24轮缘驱动推进器的研究与应用现状邱鹏，郑高（武警海警学院 , 宁波 315801）摘要：轮缘推进器是近年来出现的一种新型组合式特种推进器，它的最大特点是借助电流作用实现无轴驱动，改变了传统轴系驱动螺旋桨的推进方式。

无轴轮缘推进器对降低轴系建造成本、增大舱容、减小振动与噪声等方面具有突出的优势，特别适用于鱼雷、潜艇、军舰等舱容有限及隐蔽性要求高的应用对象。

本文在介绍轮缘驱动推进器的基本结构和优势的基础上，重点总结了该种推进器的性能及研究现状，为进一步的深入探讨提供参考意见。

关键词：无轴；组合式；轮缘驱动；性能中图分类号：U661.31 文献标识码：AResearch Status and Application of Rim Drive PropellerQIU Peng, ZHENG Gao( Department of Electromechanical Management, China Maritime Police Academy, Ningbo 315801 ) Abstract: The Rim Driven Thruster (RDT) is a newly developed combined unconventional propulsor, which has changed the traditional ship transmission approach from shaft driving to shaftless rim driving by the action of current. The RDT has a prominent advantage in reducing shaft construction costs, increasing capacity as well as reducing vibration and noise, which is especially suitable for application objects with limited cabin capacity and high stealthy performance, such as torpedo, submarine, warships, etc. Based on the introduction of the basic structure and advantages of the propeller, the paper summarizes the current research status of performance analysis and provides reference for further in-depth discussion.Key words: shaftless; combined; rim drive; performance;1 引言随着海上贸易的日益繁荣，船舶的运输量和吨位不断增大，要求大型船舶主机提供更大的功率，现行船舶采用的推进装置系统已难以满足发展需求，并逐渐凸现出传统推进系统的不足，主要表现为：（1）船舶传统推进系统主要由主机、轴系、推进器等组成，主机功率的增大会带来主机体积的增加和轴系长度的加长，使船舱空间利用率减少；（2）随着轴系长度的增加，结构也日渐复杂化，建造和设计成本剧增；（3）轴系过长对主机传输到推进器的能量效率降低，同时会带来更多的轴系振动和噪声等危害。

船用复合材料螺旋桨研究进展

船用复合材料螺旋桨研究进展张帅;朱锡;孙海涛;熊鹰;侯海量【摘要】复合材料具有比强度高,阻尼性能好及可调整纤维铺层以控制结构变形等优点.复合材料应用于螺旋桨将改善螺旋桨的推进性能和振动特性.通过对国内外复合材料螺旋桨研究成果的回顾、总结和归纳,得出了传统的算法已不满足复合材料螺旋桨的设计和预报要求,复合材料螺旋桨的设计和预报算法需考虑桨叶变形引起的空间流场变化的结论.分析了可借助纤维增强材料所具有的弯扭耦合特性,调整桨叶纤维材料铺层和桨叶结构形式来提高螺旋桨推进效率的规律性.总结了复合材料螺旋桨研究中的关键技术和复合材料螺旋桨设计流程,并指出了复合材料螺旋桨未来研究的趋势.%Composite materials have high strength-to-weight ratios, improved material damping properties, and their fiber orientations can be exploited to tailor the structural deformation. Composites for marine propellers can be used to reduce fluttering and to improve the hydrodynamic efficiency. Researches at home and abroad on composite marine propellers are reviewed and summarized, which reveals that the conventional calculation algorithm of metal propellers is not suitable for the design and prediction of composite marine propellers. The design and calculation of composite marine propellers need the consideration of the wake flow change resulting from the deformation of propeller blades. The mechanism is analyzed with the help of the bending-twisting coupling characteristics of anisotropic composites. In these composites the fibers can be aligned and stacked and a high efficiency propeller can, with suitable blade configuration, thus be achieved. During the study ofcomposite marine propellers, critical factors are identified. Finally the flowchart of design of composite marine propellers is suggested, and further research topics on composite marine propellers are proposed.【期刊名称】《力学进展》【年(卷),期】2012(042)005【总页数】14页(P620-633)【关键词】复合材料;船用螺旋桨;流固耦合;水弹性;成型工艺【作者】张帅;朱锡;孙海涛;熊鹰;侯海量【作者单位】海军工程大学船舶与海洋工程系,武汉430033;海军工程大学船舶与海洋工程系,武汉430033;海军工程大学船舶与海洋工程系,武汉430033;海军工程大学船舶与海洋工程系,武汉430033;海军工程大学船舶与海洋工程系,武汉430033【正文语种】中文【中图分类】U664.33传统螺旋桨都是用锰--镍--铝--铜材(manganese—nickel—aluminum—bronze,MAB) 或镍 --铝 --铜(nickel—aluminum—bronze,NAB) 制造的,因为这些合金材料变形小、强度高、可靠性好.然而,加工成所需要的螺旋桨几何形状所花费的代价较高.与此同时,金属合金螺旋桨材料易遭受腐蚀、空泡损伤和疲劳破坏导致裂纹产生,且这些合金材料的声学阻尼性能较差,容易使螺旋桨产生振动而诱发噪声.因此,如何利用现代高新材料技术研制成本低、性能优异的新型螺旋桨已成为必然的发展趋势.近年来复合材料螺旋桨开始引起人们的极大兴趣.复合材料具有高的比强度和比刚度,因而可以大大减轻螺旋桨的重量.另外使用更轻的复合材料意味着桨叶的厚度可以设计得更厚和易于变形,以推迟螺旋桨的空化起始速度.复合材料还具有减少腐蚀和空泡损伤、改善疲劳特性、较好的材料阻尼特性及减少全寿命周期费用等优点.最重要的是,复合材料具有可设计性(与金属材料最大的不同点),即可利用复合材料具有的独特弯扭耦合效应,依据螺旋桨受力条件和桨叶结构形状,事先通过合理安排桨叶的纤维方向和铺层顺序,使螺旋桨桨叶在水动力载荷作用下产生弯曲变形的同时,也产生有利的扭转变形,而使扭转变形改变桨叶各半径叶切面的螺距角大小,以此建立材料铺层和螺旋桨水动力性能之间的关系,以此机理使复合材料螺旋桨自动调节桨叶变形以达到改善其水动力性能的目标[1].复合材料螺旋桨的研究包括螺旋桨的流固耦合分析、桨叶结构优化、螺旋桨振动与噪声评估以及试验验证等工作,涉及流体力学、复合材料结构力学,以及复合材料的成型与编织的材料科学研究等多学科内容.近年来,国内外的众多学者多以现有螺旋桨计算理论建立的数值算法和模型试验相结合的方式,对复合材料螺旋桨的水动力性能、桨叶结构、强度、振动特性及复合材料桨叶与桨毂的联接技术和复合材料螺旋桨可靠性设计和测试等方面进行了大量的研究工作.但限于船用复合材料螺旋桨的领域内,关于理论研究的文献还未见报道.因此,本文主要从数值方法和模型试验等方面,对船用复合材料螺旋桨的研究进展进行阐述.能否采用合适的方法准确地预测螺旋桨的水动力特性和载荷状况,对于螺旋桨的设计研究和改进螺旋桨的效率起到关键的作用.螺旋桨的水动力计算,可以采用传统的基于势流理论的涡格法(vortex-lattice method,VLMs)和面元法(boundary element method,BEMs)或基于黏性流理论的(Reynolds-averaged navier stokes,RANS)方程以商业的 (computational fl uid dynamics,CFD)软件求解确定.升力面方法是基于薄物体的假定简化,求解的边界条件不是在真实的物理表面上而是在桨叶中和面上,因此不能计算导边和叶梢附近的压力分布.与VLMs相比,BEMs是直接在考虑真实物理表面上分布源汇等奇点,故不会产生导边奇性,压力分布更接近实际.面元法对于复杂几何形状能更精确地描述,对于桨毂、导管和桨叶空泡上的影响更容易处理,且计算时间合理[2].面元法和涡格法均是基于势流理论的方法,与Viscous solver相比,求解时间合理[1]仍是求解和预测螺旋桨水动力性能的高效和可靠的方法[3].然而随着计算机技术的快速发展,基于 RANS方程的黏性流场求解技术日趋完善,预报精度高,考虑了黏性的影响和旋度,可以很好地捕捉螺旋桨的尾流和梢涡,不失为一种可以采用的新方法.Kerwin等[4]首先将VLMs法引入计算船用螺旋桨的水动力性能.Kinnas等[5]将源汇和涡格置于桨叶的名义拱弧面,用一系列的奇点和控制点准确计算了船用螺旋桨的水动力分布.Hess等[6]首次将基于速度的面元法应用于分析船用螺旋桨的特性,随后Lee等[7]将基于速度势的面元法应用于求解螺旋桨的水动力载荷.近年来,国内外学者相继开展了基于RANS方程的螺旋桨敞水性能数值求解研究[8-10].而高富东等[11]依据文献[12]中的网格划分思想,采用文献[13]中的网格边界层厚度控制原则,高精度地预测了螺旋桨的敞水性能.季斌等[14]采用基于编程技术将常用的两种湍流模型结合起来准确地预测了螺旋桨在均匀流场和船舶尾流场中大侧斜螺旋桨空泡特性.而对于船--桨--舵互扰特性的研究、极端工况下的螺旋桨性能研究以及空泡尾涡的观测,基于黏性流理论的数值预报,表现出了巨大的优势和发展前景.对于传统船用金属材料螺旋桨,过去的方法都是假设桨叶有足够的刚度,所以桨叶的结构响应可以仅通过施加由流场分析得出的流体压力而单独求解.但对于几何形状和构造复杂 (如大侧斜螺旋桨、超空泡螺旋桨)的金属材料螺旋桨,桨叶的弹性变形效应被指出会影响螺旋桨工作性能[15].介于新形式及新材料技术的发展,对于螺旋桨的流场特性的求解提出了更高的要求,需要考虑桨叶的振动特性,以及变形引起的螺旋桨综合性能的变化,因而螺旋桨的水弹性技术即流固耦合技术应运而生.为了解释桨叶变形引起的流体压力的变化,Atkinson等[16]将升力面和有限元结合起来,开发了一个求解螺旋桨水动力性能的迭代程序,计算了定常空泡作用下螺旋桨的水动力性能.为了求解桨叶的动态应力分布瞬时效应,Kuo等[17-18]采用编写的面元法和三维线性等参单元有限元耦合的方式计算、分析了螺旋桨的水动力载荷性能,推导了附加质量矩阵和附加阻尼矩阵,以频域的求解方式,确定了非定常流场中桨叶的动态压力载荷和桨叶动态应力.Kuo指出线性分析时,桨叶的节点位移|∆|可由模态叠加的方式表示为式(4)即为Kuo以频域方式求解螺旋桨水弹性的耦合方程,Am和Bm分别为用振动模态表示的附加质量矩阵和附加阻尼矩阵,具体公式见文献[18].Jiang等[19]编写了一个计算螺旋桨反转和突然倒退时分析螺旋桨定常性能的水弹性计算程序,以NASTRAN计算螺旋桨4383的结构特性,采用升力面PFS3程序计算了螺旋桨水动力性能.Lin等[20]采用九节点壳单元的结构控制方程和升力面 [4]方法求解水动力压力载荷方程相结合的方式,结合稳态伯努利方程和平均黏阻力的方式推导非线性的流--固耦合方程[20](如式(5)和式(6)),计算了定常情况下螺旋桨水弹性的性能.Georgiev等 [21]采用六面体单元有限元和面元法耦合的方式研究了螺旋桨的水弹性效应.流体计算采用双曲面元代表桨叶表面,桨叶实体由320个16节点等参六面体单元划分.Young[3,22]扩展了Kuo等[17]的耦合求解方法,以时域的求解方式确定了空泡螺旋桨在半浸、全部浸入和超强空泡下螺旋桨非定常水弹性性能;应用面元法求解空泡的边界条件、水动力和附加水质量以及水动力阻尼矩阵,而由水动力和离心力引起的桨叶结构变形和应力分布是由有限元获得的;将附加质量矩阵和附加阻尼矩阵分别施加在结构质量矩阵和阻尼矩阵上,解释了由流固耦合引起的水动力和桨叶变形的相互耦合作用.对于桨叶变形小的情况,Young[3]指出可以将扰动速度势线性分解为两部分式中,ϕ是刚体桨叶在不均匀流中的扰动势能,φ为变形后的桨叶在均匀流中的扰动势能.则一点总的速度 Vt可表示为刚体桨叶在非均匀流场中的速度 V与桨叶弹性变形后在均匀流场中的速度∇φ之和同样,Young指出总的流体压力P也可以分解为两部分,即刚体桨叶旋转引起的流体水动压力Pr和桨叶弹性变形引起的水动压力Pv之和式(11)即为Young[3]以时域方式求解螺旋桨水弹性的控制方程.Vt=V+∇φ没有考虑弹性变形的流体速度,而桨叶的大变形效应[1]是通过在流体计算和有限元之间的迭代求解过程中由有限元计算的结果不断地更新面元法中的桨叶几何形状体现.Neugebauer[23]采用CFD和CSD(computational structure dynamics)结合的预报方式,对某螺旋桨的结构动响应进行了分析,指出易变形叶型螺旋桨结构振动分析,需考虑变形的影响,即需水弹性分析.螺旋桨水弹性计算方法即考虑桨叶结构变形影响的流固耦合求解算法,涉及流体计算和结构变形计算以及流体和固体之间的相互影响.从以上学者的研究总结出,采用势流理论的水弹性算法研究相对较多,而基于黏性流理论的CFD计算相对较少,处于起步和探索阶段.稳态求解的水弹性算法一般求解过程为:流体计算出螺旋桨的压力载荷,并将压力载荷通过界面传递给有限元,有限元计算出桨叶的变形,再计算变形后桨叶的水动力性能,重复这个过程,直至指定的结果收敛.为了求解桨叶的动态性能,可将由桨叶弹性变形引起的附加质量矩阵、附加阻尼矩阵以及附加刚度矩阵分别施加到结构质量矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵上,采用时域或频域的求解方法求解即可.而各研究之间的不同主要是采用的流体计算程序和结构单元的区别,以及是否考虑了空泡效应和流体黏性.Lin[24]将由PSF2计算出的流体压力导入到有限元ABAQUS中计及离心力作用的影响,计算了厚表层外壳、泡沫芯构造的复合材料螺旋桨的结构性能,并与同样形状尺寸的镍铝铜螺旋桨结构性能进行了对比.Lin指出在水动力载荷的作用下,复合材料螺旋桨桨叶的变形比传统镍铝铜螺旋桨的变形大一个数量级.面内弯曲应力和剪切应力值约高50%的特点,但是重量仅为镍铝铜螺旋桨的一半.Lin的方法没有考虑变形后螺旋桨的性能,即没有考虑桨叶和流体之间的相互影响.Searle等 [25]对直径尺寸较小,且与金属螺旋桨几何相同的4个复合材料螺旋桨性能进行了研究,解释了在流体压力作用下使螺距变小的纤维方向的原因,指出经过合理铺层,可设计出在多工况下均比金属桨推进效率高的复合材料螺旋桨.以改善螺旋桨叶梢在非均匀流场中的空泡性能为目的,Dai等 [26]研究了复合材料水翼的设计方法,设计的水翼为三明治夹芯结构,由不同方向S玻璃纤维的表面承载层和一个非结构的芯层构成,在水动力载荷的作用下翼梢可以扭转从而减小叶梢的作用力.Dai认为水翼变形在很大程度上降低了导边处的吸力和翼梢下流方向的涡场压力,有利于改善翼梢的空泡性能.Lin等 [27]采用 3-D FEM( fi nite element method)/VLM(PSF-2)耦合的方法分析了复合材料螺旋桨定常无空泡情况下的水弹性性能.Gowing等 [28]提供了Dai等 [26]设计方法下的复合材料水翼的计算信息和模型测试结果,在美国水面舰艇研究中心(NSWCCD)24 in(1 in=0.0254 m)的循环水洞中对一类椭球型比率为3.5的3个水翼进行了水动力载荷和空泡性能的测试,正如预期复合材料水翼梢涡的性能有很大的改善.Young等[1,29-33]在文献[3]的水弹性设计方法的基础之上,对流固耦合的求解过程加以适当的扩展和改进,考虑了桨叶的铺层结构,设计出适用于设计、预报复合材料螺旋桨特性的水弹性计算算法,该方法可以计算复合材料螺旋桨水动力载荷、应力分布和变形形式,考虑了复合材料螺旋桨结构和流场的瞬时耦合效应,分析了易弯扭柔性复合材料螺旋桨在空泡情况下的空间变化流场的特性.采用该方法对由Chen等[34]设计的两个复合材料螺旋桨(5471和5479,几何形状参见文献[1])进行了性能预报,预报和试验结果吻合一致,均表明设计的两个复合材料螺旋桨都未达到设计的要求,但Young[1]指出通过控制纤维的铺层和桨叶结构优化,设计在设计进速下和传统金属螺旋桨相同的推进效率,在非设计工况下比传统金属螺旋桨效率更高的复合材料螺旋桨是可行的.图 1是Young[1]计算的两个复合材料螺旋桨考虑变形和未考虑变形时推力、扭矩和效率崩溃性能曲线和部分试验,图 2是桨叶的干湿模态曲线以及部分湿模态试验结果.如图1所示,复合材料螺旋桨桨叶的变形,影响复合材料螺旋桨的推力、扭矩和效率崩溃性能,若不考虑变形的影响,推力、扭矩和效率崩溃性能与试验结果相比偏差较大;如图2所示,附加质量影响螺旋桨的固有频率.Liu等[35]和Motley等[36],采用Young[1]设计的流--固耦合求解方法,采用材料和结构两级的设计策略,并将遗传优化算法引入到桨叶的铺层优化中,实现了高效率复合材料螺旋桨的理论设计,并以此设计策略指导复合材料螺旋桨的工艺成型,制作了复合材料螺旋桨模型(5474和5475,几何形状参见文献[33]),并进行了试验测量,设计出的螺旋桨无论是在敞水情况还是在空间变化流场中均表现出比传统金属桨更优的推进性能.图3～6是Young等[33]和Liu等[35]设计出的复合材料螺旋桨性能特征曲线.复合材料螺旋桨的设计采用预变形技术,预先增大各半径处的螺距分布,使螺旋桨在设计进速工作时,就和金属螺旋桨具有同样的几何螺距分布,如图3所示,这样在大于或小于设计进速时复合材料螺旋桨就会以超螺距或低螺距的分布状态工作,有利于主机效率的发挥,图 4中复合材料螺旋桨的敞水效率曲线验证了这一点.复合材料螺旋桨在空间流场中工作时,随着桨叶不断地变形(如图6(b)所示),改变了桨叶的螺距和侧斜角的分布(如图6(c)所示),使桨叶轴向力和弯矩随之变化,但是由于复合材料螺旋桨桨叶能够适时变形,轴向力和弯矩的变化与金属螺旋桨并不一样(如图6(a)所示). Jose等[37]将边界元和有限元ANSYS11.0耦合起来建立了分析复合材料螺旋桨性能的水弹性迭代算法,分析了一个直径为4.4 m的舰艇可调距复合材料螺旋桨的特性,得到了使舰艇在巡航速度和最大航速时燃油均得到减少的复合材料铺层顺序—燃油减少了 1.5%,相当于巡航速度减少4.7%时的耗油量.需要指出的是上述计算复合材料螺旋桨的流体计算软件或程序均是基于传统的势流理论.随着计算机技术的发展,一些学者开始尝试将基于黏性流理论的雷诺时均方程(RANS)的CFD求解技术和有限元技术耦合起来,建立基于黏性流理论的复合材料螺旋桨水弹性求解算法.洪毅等[38]利用FEM/基于RANS方程的计算流体力学方法CFD相结合的方法,初步设计了一个由碳纤维增强复合材料组成的螺旋桨桨叶.采用 (ANAYS/ANSYS—CFX软件)计算水动力载荷,复合材料结构的几何构型和铺层设计,解决了分布式水动载荷传递以及复合材料结构静力学计算分析等多方面内容.后又将其理论扩展,应用于复合材料螺旋桨的动态特性分析中[39].澳大利亚Mulcahy等[40-42]以CFD-ACE计算螺旋桨的水动力性能,以SYSPLY 软件计算桨叶结构特性,并以SIL(system interface language)语言和C++编写界面数据传递程序的方式将两者耦合起来,预测复合材料螺旋桨的稳态性能.Mulcahy[42]指出设计复合材料螺旋桨流程：首先选择一个基准的螺旋桨模型,在此基础之上,将基准桨叶叶梢的螺距增加若干度数 (桨毂到叶梢之间部分螺距角的增加符合线性关系),得出预变形复合材料螺旋桨的型值构成,再结合优化软件设计桨叶铺层,最终使复合材料螺旋桨的效率曲线,在设计工况点与基准螺旋桨的效率曲线相切即可.Liu[43]和 Peter等 [44]采用大涡模拟 (large eddy simulation,LES)湍流模型计算了复合材料螺旋桨反转和倒车时的大涡场,并将数据传递给有限元程序,计算了极端工况下的复合材料螺旋桨结构动态响应.以上学者的研究表明,复合材料螺旋桨在流场工作时产生了变形,桨叶变形反过来又影响了周围流场,因此,将桨叶假定为刚性的传统算法已不能满足复合材料应用于船舶螺旋桨的设计要求,复合材料螺旋桨的设计、预报计算涉及结构变形的流固耦合水弹性算法.概括起来说,设计、预报复合材料螺旋桨性能的水弹性算法通用思路:将求解水动力特性的流体计算和求解结构特性的有限元耦合起来,通过考虑桨叶的复合材料铺层和结合数值迭代的方式便可预报和设计复合材料螺旋桨的性能.基于势流理论的复合材料螺旋桨研究报道较多,采用黏性理论方法的 CFD方法研究相对较少,需进一步进行深入研究.复合材料水弹性研究的结果表明复合材料螺旋桨减重可达30%～75%.另借以复合材料桨叶铺层顺序的优化和结构预变形两级优化,可以设计出在设计工况下推进效率和传统金属螺旋桨相同,在非设计工况下推进效率更高、空泡特性得以改善的复合材料螺旋桨.张孝深等[45]指出采用分叶注射整体成型的玻璃纤维增强尼龙螺旋桨组合式联接结构形式,桨叶之间通过金属嵌件来实现结构的联接,材料采用S玻璃纤维和尼龙610.瑞典的ProPulseAB公司申请了ProPulse模块化螺旋桨结构:金属桨毂和可拆装的复合材料桨叶,桨叶损坏时,便于分别更换.英国奎奈蒂克 (QinetiQ)[46]复合材料螺旋桨,由 5个用螺栓固定并结合在 NAB毂上的复合材料叶片组成.Lin[24]设计的复合材料螺旋桨截面采用三明治夹芯结构,由三向E--玻璃纤维外壳和编织的抗剪 E--玻璃纤维网架和起非结构作用的聚氨酯导边和随边以及半径 0.8R至叶梢为镍铝铜合金构成,夹芯采用硬质聚氨酯泡沫芯填充如图7所示.美国[26]设计弦向和展向采用变刚度的S--玻璃纤维的三明治夹芯结构水翼,后又[28]制作了碳纤维材料的三明治结构复合材料水翼,水翼起结构承载作用的碳纤维铺层方向偏离展向分别为10°和15°.2006年 [34]在美国水面舰艇中心对复合材料螺旋桨缩比模型进行了测试,承载层采用碳纤维铺设.Lin等[47]试验用螺旋桨采用碳纤维和环氧树脂材料的实心结构形式,桨毂采用不锈钢榫头结构.德国Stauble[48]应用于潜艇U19的复合材料螺旋桨桨叶由碳纤维和环氧树脂构成,桨毂为铜合金合楔形结构.U26艇应用的高阻尼凯夫拉纤维材料,该桨叶也采用组合结构联接,同样桨叶和桨毂采用楔形联接技术.德国的AIR公司[46]采用制造了Contur系列组合式复合材料螺旋桨桨叶材料使用的是碳、芳纶、聚乙烯纤维增强材料制作,成型加工更为精确.桨毂均为铜合金楔形榫头结构,整个螺旋桨的重量仅有镍铝青铜(NAB)螺旋桨的1/3.文献[37]中研究的水面舰艇螺旋桨也是采用高强碳纤维材料制作.为对比分析国内外关于复合材料螺旋桨的结构形式和材料选用,将相关文献中的信息列于下表1和结构示意如图8～12所示.文献[49]指出常用桨叶和桨毂的连接主要可以采用两种形式如图13所示:一种是自锁形式的连接即榫头“dovetail”连接方式 (female)如德国的Contur系列桨[46];另一种是预留连接金属嵌件“nub-blade”连接方式(male)如英国QinetiQ[49].范永忠等[50]指出通过对玻璃纤维和碳纤维及其混杂对复合材料螺旋桨模型阻尼性能的影响试验来看:玻璃纤维(glass fi ber,GF)复合材料的阻尼性能比碳纤维(carbon fi ber,CF)复合材料要好许多.GF/CF混杂复合材料的阻尼性能符合混合率、阻尼因子介于GF复合材料和CF复合材料之间.玻璃纤维在外层时,复合材料的阻尼性能高于玻璃纤维在内层时的情况.Lin等[27]在非线性水弹性方法中引入Hashin[51]复合材料破坏准则,评估了复合材料螺旋桨的强度,对不同纤维角度和铺层顺序对桨叶的基体材料和纤维材料的破坏方式以及是否发生分层破坏和可能破坏的位置作了对比分析,分析表明铺层方式的不同影响螺旋桨的结构强度,还可能导致桨叶发生基体和分层破坏.尤其要关注导边和随边是否发生分层破坏.Lin等 [52]采用非线性水弹性方法研究了一种MAU型复合材料螺旋桨,在水中和空气中的自由振动频率,并与传统的MAB螺旋桨自振频率进行了对比.不论是复合材料螺旋桨还是 MAB螺旋桨,在水中的自振频率均比空气中的低,MAB螺旋桨比空气中的低23%～30%,复合材料螺旋桨比空气中的低 43%～63%.Lin指出复合材料的各向异性特性使复合材料桨叶与MAB螺旋桨相比,振型模式有所改变,且随着复合材料的各向异性特性越明显.Young[1]对由 A.I.R GmbH制造和与美国NSWCCD合作设计的两种复合材料螺旋桨(5471型和5479型)进行了强度和振动特性分析.桨叶的应力分布和变形依赖于材料的构成和铺层顺序,对复合材料螺旋桨进行水弹。

新型同心双轴搅拌器功率与混合特性的数值模拟

ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．０４３８ — １１５７．２０１３．０４．００１
中图分类号：ＴＱ０２７．２
文献标志码：Ａ
文章编号：０４３８ —１１５７（２０１３）０４ —１１３５ —１０
Ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｐｏｗｅｒｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎａｎｄｍｉｘｉｎｇ
ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｉｎｓｔｉｒｒｅｄｖｅｓｓｅｌｗｉｔｈｎｏｖｅｌｃｏａｘｉａｌｍｉｘｅｒ
ＮｅｗｔｏｎｉａｎｆｌｕｉｄｕｎｄｅｒＣＯ — ｒｏｔａｔｉｎｇａｎｄｃｏｕｎｔｅｒ — ｒｏｔａｔｉｎｇｍｏｄｅｓｗｅｒｅｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅ
（浙江大学化学工程与生物工程学系，浙江杭州３１００２７）
摘要：基于同心双轴搅拌器的结构与运行特点，建立了兼顾其流动、混合过程的三维数学模型，并以过程工业
应用较多的两种不同尺寸双层组合桨作为内桨、框式桨作为外桨构成的同心双轴搅拌器为研究对象，数值模拟了其在中高黏牛顿流体中同向及反向转动模式的功率特性、流场特性及混合特性。模拟结果表明，同向转动模

船机桨工况配合特性

2）、剩余功率的表达式（1）转速为n时的余功
△N = Ne- Np= NeH(n/nH)- NeH(n/nH)3 （2）最大余功的表达式及此时的转速令： △N = NeH(n/nH)- NeH(n/nH)3 = 0 （对转速n求导）
得到： NeH - 3NeH(n/nH)2 = 0 ∴ 3(n/nH)2 = 1
之间的函数关系为称柴油机的特性。
5、柴油机特性分类：柴油机工作参数（ Ni， Ne，ηi，ηe，gi， ge，Me等）随转速 n和随平均有效压力Pe而变化的规律分别叫做柴油机的速度特性、负荷特性、调速特性、推进特性、万有特性、减额功率输出特性、限制特性等。
第7页/共69页
1）速度特性（外特性）
可得螺旋桨需要主机功率：
CT KT D4；
Pp
Q 2 np 60
Cp
n
3 p
CQ KQ D5；
Cp 0.1047 CQ n p
第13页/共69页
J1＜J2＜J3
Pp
J1
J2
J3
Pp Cp n3p
定螺矩螺旋桨的水动力特性
np1 不同 J 时的推进特性
np
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底、螺旋桨表面损坏等。上述变化将影响船、机、桨的配合，因此在设计、
管理时必须充分考虑。
第3页/共69页
§6—2 船、机、桨的基本特性
一、船舶航行阻力特性
船体阻力是航速的函数，即：
R AR VSm
PE R VS
式中：R —— 船体的阻力； AR —— 系数； PE —— 船体有效马力；
VS —— 航速；
KT
T
n
2 p
D4
np — 螺旋桨转速； D — 螺旋桨直径；

双轴桨叶混合机的工作原理

双轴桨叶混合机的工作原理
是物料通过上、下双轴旋转产生的离心力以及搅拌桨的作用使物料在混合槽内形成强烈的剪切、扩散、分散运动。

物料在这种强烈的运动中，完成了从静止状态到运动状态的转化，达到充分混合的目的。

桨叶混合机可以将两种或两种以上不同形状、不同颜色的桨叶组合在一起，这样可以使两种或多种不同形状的物料进行充分混合。

双轴桨叶混合机在使用时，应注意：
1.桨叶不能做得过大，否则会造成局部不能有效地搅拌；
2.如果需要加料，就将双轴桨叶放平；
3.如果需要搅拌几种物料，就将几种物料分别放入双轴桨叶中，并使它们彼此隔开一定距离；
4.在工作时要注意保护好机器，以免损坏机器。

双轴桨叶混合机工作原理
双轴桨叶混合机是一种新型的高效、节能型物料混合设备。

它具有混合时间短，混合均匀度高，占地面积小，无粉尘污染等特点。

在混合过程中，由于物料不断地受到搅动和搅拌，因而在各个不同的区域内都能得到均匀的混合效果。

—— 1 —1 —。

新型组合桨混合特性研究

维普资讯
２０年第４０６期
靳兆文等：新型组合桨混合特性研究
这一情况已经引起国内相关机构和科研人员的重
视，越来越多的人员加人到搅拌设备的研制中，但
目前应用于生产实际的并不多Ｊ。
本文针对某石化企业聚合反应的特点，出提了一种新型组合桨，在实际应用中取得了良好并的搅拌效果，为工业生产提供了一种构型简单、高效、低耗的搅拌桨。
ｉｘｒｐｒｙＷａｔｄｅ．ＲｅｕｔｓｏｄｈｔｔｅｉｅｌｒｈｄａｖｔｇｎｔｅａｐｃｆｍｉｅｍｅｅｍｏｅａｕｔｔｍｉｅｐｏｅｔＳｓｉｓｄｕｄｓｌｈｗｅｔａｈｍｐｌｅａｄａａｅｉｈｅｔｘｔｎｓｏｄｉ，ｒｖｍｏｎ
搅拌设备在石油、工、化医药等行业的工艺设备中的比重比较大，在化工三大合成生产中，如搅拌设备的费用占反应设备的９％，０占整个工艺设
备费用的５～２％… 。然而，国的搅拌设备严％５我
ｏｕｄａｄｍｉｅｆｃｅｃｎｈｇｉｉｉｆｕｄｆｆｉｎｘｅｆｉｎｙｉｉｈｖｓｄｔｏｉ．ｌｄｉｃｙｌｆ
Ｋｅｒｓｙｗｏｄ：ｎｗｙｆｃｍｉｅｍｐｌｅ；ｍｉｅｒｐｒｅｔｐｅｏｏｂｎｄｉｅｌｒｘｐｏｅｔｄｙ；ｃｕｎ—ｄｓｅｈｒａｈｒ

电动螺旋桨综合能效测试研究

引用格式：赵钤, 张天宏, 王瑶, 等. 电动螺旋桨综合能效测试研究[J]. 中国测试，2023, 49(12): 108-114. ZHAO Qian, ZHANG Tianhong, WANG Yao, et al. Experimental study on comprehensive energy efficiency measurement of electric propeller[J]. China Measurement & Test, 2023, 49(12): 108-114. DOI: 10.11857/j.issn.1674-5124.2023070093电动螺旋桨综合能效测试研究赵钤，张天宏，王瑶，王浩翔(南京航空航天大学能源与动力学院，江苏南京 210016)摘　要: 随着航空运输业不断向绿色低碳方向发展，电推进系统成为混动、全电飞行器的核心，掌握电推进系统的综合能效是飞行器与推进系统一体化设计的关键。

该文提出电推进系统综合能效测量方法，设计并搭建一套包含电推进器动力系统、数据采集系统、控制系统和保护系统，且具有较强兼容性的电推进系统试验平台。

基于试验平台对系列电动螺旋桨进行综合能效测试，获得电调、电机、螺旋桨的综合测量结果，结果表明其与理论计算结果相符，验证了测量方法的有效性。

通过综合能效测量，为电推进系统的部件选型、性能匹配和飞行器与推进系统一体化设计提供依据。

关键词: 电推进系统; 电动螺旋桨; 测试技术; 能效测量; 性能匹配中图分类号: V231.1; TB9文献标志码: A文章编号: 1674–5124(2023)12–0108–07Experimental study on comprehensive energy efficiency measurement ofelectric propellerZHAO Qian, ZHANG Tianhong, WANG Yao, WANG Haoxiang(College of Energy and Power, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Nanjing 210016, China)Abstract : With the development of air transport industry towards green and low carbon, electric propulsion system has become the core of hybrid and all-electric aircraft, and mastering the comprehensive energy efficiency of electric propulsion system is the key to the integrated design of aircraft and propulsion system. In this paper, a comprehensive energy efficiency measurement method of electric propulsion system is proposed,and a set of electric propulsion system test platform with strong compatibility is designed and built, which includes electric propulsion power system, data acquisition system, control system and protection system.Based on the experimental platform, the comprehensive energy efficiency test of a series of electric propellers is carried out, and the comprehensive measurement results of electric control, motor and propeller are obtained.The results show that they are consistent with the theoretical calculation results, which verifies the effectiveness of the measurement method. Through comprehensive energy efficiency measurement, it provides a basis for component selection, performance matching and integrated design of aircraft and propulsion system of electric propulsion system.收稿日期: 2023-07-17；收到修改稿日期: 2023-08-24基金项目: 国家自然科学基金（51976089）作者简介: 赵　钤（1998-），男，江苏泰州市人，硕士研究生，专业方向为航空电推进系统。

复合材料螺旋桨的应用、研究及发展

复合材料螺旋桨的应用、研究及发展骆海民;洪毅;魏康军;黄国兵;王荣国【摘要】This paper analyze the composite propeller, having the characteristics of high effieieacy, low vibration and noise, light, easy maintenance, by comparing with the traditional metal propeller, and summarize the application and research status of the composite propeller, at the same time, the future development tendency is expected by combine the domestic research status, the importance of the fluid - structural interaction is presented in the design of development process of com- posite propeller.%本文对各国复合材料螺旋桨的应用及研究现状进行了总结，并通过对复合材料螺旋桨与传统金属螺旋桨进行对比与分析，表明：复合材料螺旋桨具有高效率、低振动、低噪音、轻质、易维修等特点；同时结合国内的发展现状，对其今后的发展趋势及研究方向进行了展望，指出了流固耦合计算在其设计发展中的重要性。

【期刊名称】《纤维复合材料》【年(卷),期】2012(000)001【总页数】4页(P3-6)【关键词】复合材料;螺旋桨;复合材料螺旋桨;减振降噪;流固耦合;阻尼复合材料【作者】骆海民;洪毅;魏康军;黄国兵;王荣国【作者单位】海军驻上海江南造船（集团）有限责任公司军事代表室,上海201913;哈尔滨工业大学复合材料与结构研究所,哈尔滨150080;浙江嘉善三方电力器材有限公司,浙江嘉善314100;海军驻上海江南造船（集团）有限责任公司军事代表室,上海201913;哈尔滨工业大学复合材料与结构研究所,哈尔滨150080【正文语种】中文【中图分类】TB33螺旋桨长期以来一直以金属材料设计为主，较少考虑材质对螺旋桨性能的影响。

Maxblend搅拌桨在高粘性流体中的微观混合性能研究

Maxblend搅拌桨在高粘性流体中的微观混合性能研究陈若钊;秦青;梁武斌;张敏革;罗根祥【摘要】应用商用FLUENT软件包,采用多重参考系法,对Maxblend搅拌桨在多种不同类型流体中的混合性能进行数值模拟研究,得出搅拌槽内流体的速度分布特征和循环状况.结果表明,流体的高速流动区域很大,约占整个搅拌槽体积的70％左右;最大轴向速度出现在搅拌槽的中间横截面上(Z/H =0.5),最大无因次切向速度出现在液面处;在搅拌槽底部,流体主要进行轴向运动;不同类型流体的无因次轴向速度均随着搅拌雷诺数的增大而增大,随着流体特征指数的增大而减小;轴向和切向循环量数随流体特征指数有下降趋势.研究结果对搅拌装置的结构优化及Maxblend搅拌桨的广泛应用具有重要指导意义.【期刊名称】《沈阳理工大学学报》【年(卷),期】2014(033)005【总页数】6页(P32-37)【关键词】多重参考系法;Maxblend搅拌桨;非牛顿流体;混合性能【作者】陈若钊;秦青;梁武斌;张敏革;罗根祥【作者单位】辽宁石油化工大学,辽宁抚顺113001;沈阳理工大学环境与化学工程学院,辽宁沈阳110159;沈阳理工大学环境与化学工程学院,辽宁沈阳110159;沈阳理工大学环境与化学工程学院,辽宁沈阳110159;辽宁石油化工大学,辽宁抚顺113001【正文语种】中文【中图分类】TQ027搅拌器是一种典型的过程设备单元，它主要通过强制手段对物料中的气体或气泡、液体或液滴、甚至悬浮颗粒等物料搅拌混合均匀[1]。

Maxblend搅拌桨是日本住友重机公司开发的一种大型宽叶搅拌桨，具有低能耗、制造简单且易清洁、适用范围广等优点[2]。

它可应用于悬浮物聚合、高粘度液体中气体吸收等工业过程[3]。

国内外学者采用实验手段对Maxblend搅拌桨的宏观流动规律进行的研究比较多[4]。

计算流体力学(CFD)[5-7]技术应用于航空航天、机械、化工、海洋等领域已屡见不鲜，它借助于计算机将过程中的流体流动、传热、传质等现象计算出来。

搅拌槽内两种桨型组合固液悬浮的数值模拟

搅拌槽内两种桨型组合固液悬浮的数值模拟
邹晨;叶胜康;杨荣刚;李明锋;林苏奔
【期刊名称】《广州化工》
【年(卷),期】2024(52)3
【摘要】本文对工业搅拌罐内原搅拌桨型组合和改造的搅拌桨型组合产生的固液两相流动进行了数值模拟,通过对原搅拌方案和改造后的搅拌方案搅拌罐内所形成的流场、固含率分布以及功率消耗等方面的分析,发现改造方案底层桨叶排出流体的倾斜角更大,形成的搅拌循环更高。

原方案搅拌罐内底部固含率很高,从下往上固含率逐渐降低,而搅拌桨型组合改造方案能够形成比较均匀的固含率。

改造方案的固液悬浮效果更好,并且改造后的搅拌功率没有增加。

【总页数】4页(P168-170)
【作者】邹晨;叶胜康;杨荣刚;李明锋;林苏奔
【作者单位】恒丰泰精密机械股份有限公司;浙江恒丰泰搅拌科技有限公司;温州大学
【正文语种】中文
【中图分类】TP391.9
【相关文献】
1.搅拌槽内部固-液悬浮流场的数值模拟及实验研究
2.组合桨液相搅拌槽内流动特性的实验研究及数值模拟
3.V型桨搅拌槽内固液两相流数值模拟
4.刚柔组合桨强
化粉煤灰酸浸搅拌槽内固液混沌混合5.固-液搅拌槽内桨型对颗粒悬浮特性影响的实验和模拟研究
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验。其结构如图１所示，内径５０ｍＴ壁厚ｌ其０ｉ，ｔ０
ｍｌ，８０１Ｔ，底采用椭圆形封头。Ｙ高０Ｉ釜ｌＴＩ１
该搅拌设备独特之处在于其搅拌桨的结构。搅拌桨总共由两部分组成—— 内桨和外桨。其中内桨由倾斜４。５的双层平直桨叶组成，桨由一个类似外于锚式搅拌器的外框加桨叶组成。桨叶安装在外框桨上，左右对称各一片，也扭转成４。但与内桨扭５，
ｂｔｒｔａｏａｍｐｌｅｓｉｓｅｔｆｍｉｉｇｔｍｅ，ｌｕｄｄｓｈｒｅａｄｍｉｉｇｅｉｉｎｙｆｒｈｇｉｃｓｔｉｕｄ．Ｔｅｎｗｍｐｌｒｎｔｏｌａｅｔｈｎｎｒｌｉｅｌｒｎａｐｃｓｏｘｎｉｅｍｉｉｉｃａｇｎｘｎｆｃｅｃｏｉｈｖｓｏｉｌｉｓｈｅｉｅｌｏｎｙｃｎｑｙｑｅ
度。外桨外框和下框距反应釜器壁较近，且在近并
年聚苯乙烯装置扩产为ｌ０万吨／ ” 年提供基础研究
工业的发展。这一情况已经引起国内相关机构
和科研人员的重视，越来越多的人员已经加人到搅
拌设备的研制之中，目前应用于生产实际的并不但多Ｊ。本课题是为 “ 抚顺石化公司化塑厂４万吨／
层桨叶和下部框之间，固定于内桨轴的上部。内桨和外桨的宽度相等，并且等于桨叶之间的空隙宽度。内桨端部与外桨框之间的宽度相等，等于桨叶宽也
ｐｒｍｅｔｔｅｅｒｈｔｅｍａｒｘｎｒｐｒｅｆｔｉｍｐｅｌｒｗａｅｉｎｄＷｉｈｏａｉｏｉｈｎｒｌｉｅｌｒ，ｔｅｎｗｉｅｉｎｏｒｓａｃｈｃｏｍｉｉｇｐｏｅｉｓｏｈｓｉｔｌｓｄｓｇｅ．ｅｔｔｅｃｍｐｒｎｗｔｏｍａｍｐｌｓｈｅｍｐｅｌｒｐｒｒｅｈｓｅｌｅｆｍｄｅｏ
靳兆文
（南京化工职业技术学院，南京２０４）１０８
摘要：根据聚合反应的特定工艺过程要求，出了一种新型双轴搅拌桨，计实验对其宏观混合性能进行研究，提并设与常规桨型进行对比，结
果表明该桨在高粘度流体内混合时间、排液量、混合效率等方面较常规桨型好。不但能在较短的时间内实现全罐的均匀混合，没有死角，而且还具有节能降耗的优点。
转的方向相反。外桨直径与釜径之比为０９，底．８最
而与之形成对比的是，我国的搅拌设备严
重落后，对于一些大型的关键设备如聚合反应釜等，长期以来一直依靠进口，这一方面消耗了我国大量的外汇储备，另一方面也严重阻碍了我国民族化学
关键词：双轴组合桨；混合；实验研究
中图分类号：Ｑ５．Ｔ０１７
文献标识码：Ａ
文章编号：１０ —２１２０）５０４－０９３８（０６０－０１４０
ＲｅｅｃｆＭｉｉｏｒｉｓｆｒＮｅＣｏｂｉｅｍｐｅｌｒｓａｒｈｏｘｎｇＰｒｐｅｔｅｏｗｍｎｄＩｌｅ
ｍａｅｔｘｄｌｕｄｏｇｎｏｓ，ｂｔａｓａｈｄｖｎａｅｏｎｒｙｓｖｎ．ｋｈｅｍｉｅｉｉｓｈｍｏｅｅｕｑｕｌｏｈｓｔｅａａｔｇｆｅｅｇａｉｇ
Ｋｅｗｏｄｓｃｍｂｎｄｉｅｌｒｗｉｏｂｅｓａｔ，ｍｉｉｇ，ｅｐｒｍｅｔｒｓａｃｙｒｏｉｅｍｐｌｅｔｄｕｌｈｓｈｆｘｎｘｅｉｎｅｅｒｈ
维普资讯
第４３卷第５期
２００６年ｌ０月
化
工
设
备
与管
道
Ｖ１４Ｎ．ｏ．３ｏ５０ｃ．０６ｔ２０
ＰＯＥＳＥＵＰＮＲＣＳＱＩＭＥＴ＆ＰＰＮＩＩＧ
新型组合桨混合性能研究
ｈｍｃｌｅｈｏｏｙＮｎｎ２０４）Ｎｎｎｏｌｅｏｅｉｃｎｌｇ，ａｆｇ１０８ｉｅｆＣａＴｉ
ＡｂｔａｔＢｓｄｏｈｑｉｍｎｓｆｐｃｉｐｏｅｓｏｐｌｍｒａｉｎａｎｗｉｅｌｉｏｂｅｓａｓｗｓｐｅｅｔｉａｔｌ，ａｄｔｅｅ — ｓｒｃａｅｎｔｅｒｕｒｅｔｏｅｉｃｒｃｓｆｏｅｚｔ，ｅｍｐｌｒｔｄｕｌｈｆａｒｓｎｅｉｔｓｒｃｅｎｘｅｅｓｆｙｉｏｅｗｈｔｄｎｈｉｈ
搅拌设备在石油、化工、医药、农药、染料、肥料、食品、用化学品与化妆品等流程工业中占工艺设日备的比重比较大，如在化工三大合成生产中，搅拌设备占反应设备的９％，０占整个工艺设备的５～％
２５％ …
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设计出了一种新式有机玻璃反应釜来进行冷模实