Fluent螺旋桨敞水试验模拟简要教程

船舶与海洋工程实验技术-螺旋桨敞水试验指导书

0、前言1、敞水箱安装2、仪器安装及操作2.1 动力仪3、敞水试验数据处理图1 敞水箱图1 动力仪图2 电机图3 3KW稀土直流电动机调速装置图4 转速数字显示仪图5 WD990 微机电源图6 操作台整体视图图7 放大器背面接口图8 放大器正面图9 8HZ采集程序图标图10 敞水自航双桨图11 敞水系统设定图12 敞水数据采集图13 8HZ数据处理图14螺旋桨敞水性征曲线表目录表1 自航仪规格表型号参考如下表格。

类别量程系数电压（V）德国自航仪10kg25kg.cm推力：34.2扭矩：82.5推力：6.0扭矩：10.0德国自航仪（坏头）10kg25kg.cm推力：35扭矩：82推力：6.0扭矩：10.0自航仪5# （702所）10kg30kg.cm推力：33.75扭矩：69推力：6.0扭矩：10.0自航仪9# （702所）10kg30kg.cm推力：33.2扭矩：67.6推力：6.0扭矩：10.0自航仪（702所）25kg50kg.cm推力：40扭矩：167推力：12.0扭矩：12.0德国自航仪桨径( m)水密度零扭矩转速进速推力扭矩扣零扭矩进速系数推力系数扭矩系数效率系数D ρM0n(rpm) V（m/s）T（kg）M（kg.cm）Q=M-M0J=V/DnKt=T/ρn2D410Kq=Q/ρn2D5η=K1/K2*J/2π。

第4章螺旋桨模型的敞水试验

第四章螺旋桨模型的敞水试验螺旋桨模型单独地在均匀水流中的试验称为敞水试验，试验可以在船模试验池、循环水槽或空泡水筒中进行。

它是检验和分析螺旋桨性能较为简便的方法。

螺旋桨模型试验对于研究它的水动力性能有重要的作用，除为螺旋桨设计提供丰富的资料外，对理论的发展也提供可靠的基础。

螺旋桨模型敞水试验的目的及其作用大致是：①进行系列试验，将所得结果分析整理后绘制成专门图谱，供设计使用。

现时各类螺旋桨的设计图谱都是根据系列试验结果绘制而成的。

②根据系列试验的结果，可以系统地分析螺旋桨各种几何要素对性能的影响，以供设计时正确选择各种参数，并为改善螺旋桨性能指出方向。

③校核和验证理论方法必不可少的手段。

④为配合自航试验而进行同一螺旋桨模型的敞水试验，以分析推进效率成分，比较各种设计方案的优劣，便于选择最佳的螺旋桨。

螺旋桨模型试验的重要性如上所述，但模型和实际螺旋桨形状相似而大小不同，应该在怎样的条件下才能将模型试验的结果应用于实际螺旋桨，这是首先需要解决的问题。

为此，我们在下面将分别研究螺旋桨的相似理论以及尺度作用的影响。

§ 4-1 敞水试验的相似条件从“流体力学”及“船舶阻力”课程中已知，在流体中运动的模型与实物要达到力学上的全相似，必须满足几何相似、运动相似及动力相似。

研究螺旋桨相似理论的方法甚多，所得到的结果基本上是一致的。

下面将用量纲分析法进行讨论，也就是用因次分析法则求出螺旋桨作用力的大致规律，然后研究所得公式中各项的物理意义。

可以设想，一定几何形状的螺旋桨在敞水中运转时产生的水动力(推力或转矩)与直径D (代表螺旋桨的大小)、转速n 、进速V A、水的密度ρ、水的运动粘性系数ν及重力加速度g 有关。

换言之，我们可用下列函数来表示推力T 和各因素之间的关系，即T = f 1(D ，n ，V A，ρ，ν，g )，为了便于用因次分析法确定此函数的性质，将上式写作：T = k DanbcA Vρdνegf(4-1)式中k 为比例常数，a 、b 、c 、d 、e 、f 均为未知指数。

使用Fluent软件的螺旋桨敞水性能计算和考察_冯学梅

[研究与设计]使用Fluent 软件的螺旋桨敞水性能计算和考察①冯学梅1　陈凤明2　蔡荣泉1(1708研究所　上海　200011 2西北工业大学　西安　710072) [关键词]螺旋桨;敞水;C FD[摘　要]船舶性能CFD 计算领域有必要尽快形成螺旋桨敞水性能C FD 计算的快速预报能力,以快速响应用户的需求,使CFD 成为螺旋桨设计的手段之一,并利用这一手段,发挥CFD 计算结果信息量大的特点,对螺旋桨进行相关的性能考察计算。

文章介绍了708研究所利用Fluent 软件在螺旋桨敞水性能计算中的计算流程,以某船所使用的侧斜反弯扭桨作为研究对象,给出了敞水性能曲线的计算结果,并与试验测量值作了比较;同时还介绍了对此桨的性能情况所进行的一些数值计算考察。

[中图分类号]U661.7 [文献标识码]A [文章编号]1001-9855(2006)01-0014-06Calculation of propeller open water performanceby CFD software FLUENTFeng X uemei Chen Feng ming Cai Rong quanKeywords :Pro peller;Open Wa ter;CFDAbstract :M odern C FD calculation o f ship perfo rmance needs to hav e the capability of quick prediction of propeller open w ater perfo rm ance in o rder to prov ide quick response to custom er enquiry ,and to makeCFD one of the mea ns of propeller desig n .Suppo rted by its fea tures o f mass info rmatio n from CFD calcu-lation results,it can be also used to calculate a nd inv estigate releva nt pro peller perfo rm ance.The paper presents the w ork done in M ARIC to run the CFD softw are FLUEN T to calculate the open w ater perfo r-ma nce o f the pro peller ,the process of calcula tion ,the results of calcula tion o n o pen wa ter perfo rmance curv e of a pro peller w ith hig h skew a nd rake tip designed fo r a newbuilding design and a co mpa rison w ith the trial m easurement.The related calculation a nd inv estiga tion on the open w ater behavio r of this pro-peller is also repo rted .1　前　言螺旋桨模型单独地在均匀水流中试验称为敞水试验。

使用Fluent软件的螺旋桨敞水性能计算分析

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螺旋桨敞水试验实验报告

螺旋桨敞水实验
一、试验过程
1、按照临界雷诺数的要求，螺旋桨模型的试验转速应当尽可能高一些。

但是还应考虑到动力仪量程的限制和水槽流速可能达到的最大进速，最后选定试验转速。

2、试验时进速A V 的变化范围应从0A V =开始至推力T 为负值止。

在此区间内选择10个速度点进行试验。

3、保持螺旋桨转速不变，使水流稳定在某一个速度，同步测量下列数据：螺旋桨转速n （r s ）、前进速度A V （m s ）、推力0T （N ）、扭矩Q （N m ⋅）。

4、改变水流速度和转速，重复下一组参数试验。

二、实验数据记录及处理
1．螺旋桨敞水实验相关参数：桨模直径： D=0.1175m 桨叶数： Z=4 螺距比： P/D=0.8 模型缩尺： λ=40
实验水温： t=淡水20℃
2.敞水实验记录数据及螺旋桨敞水性征系数
3.敞水性征曲线图（J—K T、10K0、η0）。

螺旋桨敞水性能预报讲解

壁面函数的选取
Rhee and Josh ，2003 ：k-w 湍流模型，对一5页桨计算，10%误差唐登海，1997 ：B-L 代数湍流模型，对DTRC419桨计算，压力分布、螺旋桨流场三维流动特性及尾流结果良好，边界层、某些地方的速度分量偏差较大张志荣，2004 ：SST k-w湍流模型，对许多螺旋桨模型取得成功，部分工作点工况偏差较大
二、影响计算的主要因素及其选取
• 怎样划分网格
螺旋桨流场计算域
二、影响计算的主要因素及其选取
• 样划分网格
网格分类
• 非结构网格
• 结构化网格 • 分块混合网格
二、影响计算的主要因素及其选取
• 怎样划分网格
网格分类
• 非结构网格
• 结构化网格 • 分块混合网格
二、影响计算的主要因素及其选取
• 螺旋桨敞水性能计算的一般步骤
• 数值方法（Numerical Method）的选取离散格式求解算法湍流模式
• 几何建模与网格划分（Model Geometry and Grid Generation） • 计算结果考察分析（Result Analysis）
一、螺旋桨敞水性能计算概述
• 流场预报需考量的因素
二、影响计算的主要因素及其选取
• 选择怎样的数值方法
湍流模式的选取
龚吕，2007 ：标准k-ε模型，对六叶斜侧反扭桨计算，高富东，2010 ：k-ε、k-w、RSM模型，对DTMB4119桨计算，敞水性能最大误差k-ε（7.41%）、k-w（11.21%）、RSM（5.47%）
二、影响计算的主要因素及其选取
f. 离散的代数方程求解：Gauss-Seidel迭代法
二、影响计算的主要因素及其选取

[VIP专享]史上Fluent最详细操作步骤一看就懂

[VIP专享]史上Fluent最详细操作步骤⼀看就懂Fluent简单分析教程第1步双击运⾏Fluent，⾸先出现如下界⾯，对于⼆维模型我们可以选择2d（单精度）或2ddp（双精度）进⾏模拟，通常选择2d即可。

Mode选择缺省的Full Simulation即可。

点击“Run”。

然后进⼊如下图⽰意界⾯：第2步：与⽹格相关的操作1.读⼊⽹格⽂件car1.mesh操作如下图所⽰：打开的“Select File”对话框如图所⽰：（1）找到⽹格⽂件E:\gfiles\car1.mesh;（2）点击OK，完成输⼊⽹格⽂件的操作。

注意：FLUENT读⼊⽹格⽂件的同时，会在信息反馈窗⼝显⽰如下信息：其中包括节点数7590等，最后的Done表⽰读⼊⽹格⽂件成功。

2.⽹格检查：操作如下图所⽰：FLUENT在信息反馈窗⼝显⽰如下信息：注意：（1）⽹格检查列出了X,Y的最⼩和最⼤值；（2）⽹格检查还将报告出⽹格的其他特性，⽐如单元的最⼤体积和最⼩体积、最⼤⾯积和最⼩⾯积等；（3）⽹格检查还会报告出有关⽹格的任何错误，特别是要求确保最⼩体积不能是负值，否则FLUENT⽆法进⾏计算。

3.平滑（和交换）⽹格这⼀步是为确保⽹格质量的操作。

操作：→Smooth/Swap...打开“Smooth/Swap Grid”对话框如图所⽰：（1）点击Smooth按钮，再点击Swap，重复上述操作，直到FLUENT报告没有需要交换的⾯为⽌。

如图所⽰：（2）点击Close按钮关闭对话框。

注意：这⼀功能对于三⾓形单元来说尤为重要。

4.确定长度单位操作如下图所⽰：打开“Scale Grid”对话框如图所⽰：（1）在单位转换（Units Conversion）栏中的（Grid Was Created In）⽹格长度单位右侧下拉列表中选择m；（2）看区域的范围是否正确，如果不正确，可以在Scale Factors 的X和Y中分别输⼊值10，然后点击“Scale”或“Unscale”即可；（3）点击Scale；（4）点击Close关闭对话框。

螺旋桨敞水试验报告

螺旋桨敞水实验一、实验目的和意义螺旋桨模型的敞水实验是在循环水槽中测试螺旋桨模型单独在水流条件下进行的性能试验，是《船舶推进》课程在整个教学过程中的一个重要环节，其目的： 1、配合自航试验分析船舶推进的各种效率成分，并预估实船推进性能 2、分析比较各种螺旋桨设计方案的优劣，选择性能最佳的螺旋桨3、进行螺旋桨系列试验，将其结果综合绘制成图谱，供设计螺旋桨使用。

4、根据螺旋桨试验结果，进行螺旋桨理论的验证，分析几何参数对螺旋桨性能的影响规律。

二、模型试验要求和准备工作图2.1 螺旋桨敞水试验布置图1、桨模敞水试验的相似定理：桨模和实桨满足几何相似、运动相似、动力相似才能将模型试验数据应用在实桨上。

为避免缩尺影响过大，桨模试验的雷诺数Re 必须超过临界值，螺旋桨的雷诺数根据1957年ITTC 会议推荐采用的下列定义式Re =其中0.75C -- 0.75R （半径）处叶剖面的弦长（m ） D-- 螺旋桨的直径（m ） A V-- 螺旋桨的进速（m s ） n-- 螺旋桨的转速（round s ）υ--水的运动粘性系数（2m s ）根据1978年ITTC 会议建议，临界雷诺数为5Re 3.010=⨯临。

2、为避免自由面兴波和吸入空气对桨性能产生不利影响，在桨模进行敞水试验时，其浸没与水中的深度应满足 1.0h D ≥，其中h 为桨轴中心线距水面的距离（m ）。

3、敞水动力仪的流线罩与桨模安装位置应有足够大的距离，以避免因流线罩干扰的水流影响试验结果。

一般要求桨轴伸出在罩外的长度大于三倍桨模直径。

4、螺旋桨轴端身在前面，其轴端平面对水流的干扰将影响进入桨面的水流，因此在试验时应加装导流罩帽。

桨模后方也应装有光顺的过渡导流罩，以使将毂到桨轴的阶梯处不致产生涡流。

5、螺旋桨动力仪在试验前应作静校验，并应测量轴承摩擦损耗和桨轴在水中旋转时的摩擦损耗s Q ∆和s T ∆，以便对试验结果进行修正。

校验时，将动力仪按照试验要求装载拖车上，在装桨模的位置处安装个假毂，其外形与桨毂相同，重量与桨模相近，可用铜或铅制成，桨轴埋水深度按试验要求放置。

(2020年整理)Fluent模拟的基本步骤.doc

Fluent模拟的基本步骤1.运行Fluent 出现选择Fluent version选择界面一般二维问题就选择默认的2d，即单精度二维版本就可以了，但是本问题求解区域是一个扁长形状的，建议选择2ddp，即二维双精度版本，计算效果更好。

2.打开网格文件从菜单file→Read→Case→选择fin目录下的fin.msh文件3.指定计算区域的实际尺寸在Gambit建立区域时没有尺寸的单位，此时应该进行确定，也可以对区域进行放大或缩小等。

在菜单Grid下选择Scale出现上面的对话框。

将其中的Grid was created by 中的单位m，更改为mm，此时scale factor X和Y都出现0.001。

然后按Scale4.选择模型该问题是稳态问题，在Solver 中已经是默认，只是求解温度场。

由菜单Define →Models→Energy然后选择Energy Equation。

5.指定边界条件和求解区域的材料需要将求解区域的四个边界进行说明，由菜单单Define →Models →Boundary conditions。

首先设置左边界，即肋根的条件。

点击left项，Type 列表中缺省指定在Wall，所以不需要改变，再点击Set选择thermal conditions列表中的Temperature，并且在右侧Temperature(k)中填入323（即50℃），然后点击OK完成。

按照同样方法对up、down和right 三个边界进行设置。

这三个边界均为对流边界，需要给出表面传热系数和流体温度。

本问题的求解区域为固体，并且设定其物性参数。

在zone 列表中选择zone(在Gambit 中指定的名字)，已经是默认的solid.点击set点击Edit编辑材料的物性，本问题只是设计材料的导热系数，所以仅需将导热系数的值更改为160，然后点击Change后再close，上一个页面后按ok。

此时可关闭Boundary conditions。

螺旋桨敞水试验

3个16位数器
内部有时钟表:1MHZ或10MHZ
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04
PART FOUR
试验方法及过程
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4.1 敞水试验方法
保持模型的进速不变，而以不同的转速进行试验。空泡水筒中常采用这种方法保持桨模的转速不变，而以不同的进速进行试验。拖曳水池中常采用这种方法做螺旋桨的敞水试验：测进速、桨转速、桨推力和桨扭矩
3.1 敞水动力仪（H29-1）
直流电机
螺旋桨桨模
流线型水密罩，内有动力仪
敞水动力仪（H29-1）
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3.1 敞水动力仪（H29-1）
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3.1 敞水动力仪（H29-1）
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3.2 敞水动力仪技术指标
额定扭矩 ±15Nm 额定推力 ±400N 测量转矩和推力传感器,全桥应变式输入阻抗:240欧姆输出阻抗:约226欧姆桥压:直流8V
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5.3 试验报告
试验目的试验相似准则和本次试验内容主要仪器设备试验程序试验原始数据计算公式计算进速系数、推力系数、扭矩系数敞水效率和螺旋桨性征曲线关于螺旋桨敞水试验
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感谢各位聆听
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2 相似条件及要求
试验时雷诺数应大于临界雷诺数 Re=3.0*105 螺旋桨的雷诺数采用ITTC推荐的表达式式中：
Re c0.75 Va (0.75 nD) 2

C0.75为0.75半径处叶切面的弦长(ｍ)
D为桨直径(ｍ)，Va进速(ｍ/s)
n转速(ｒ/s),ν运动粘性系数(m2/s)
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5.1 试验数据表达
MAU5-50敞水曲线 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0 0.2 0.4 J 0.6 0.8 1

船舶推进螺旋桨模型的敞水试验

3、对模型试验的尺度修正方法 1）不修正。认为尺度作用主要影响阻力，但实浆比较粗糙，因粗糙而增加的阻力大体抵消了尺度作用，故可不予修正。 2）只修正转矩系数。认为尺度作用主要影响转矩系数，对推力系数的影响很小可不予修正。可以用平板摩擦阻力系数直接修正：
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船舶推进第四章螺旋桨模型的敞水试验
§4-2 临界雷诺数及尺度效应
一、雷诺数：是以特征速度与特征尺寸的乘积除以运动粘性系数所得的一个无因次系数。根据1978年ITTC的规定，螺旋桨的雷诺数以 0.75R处叶切面的弦长及其合速度来表示：
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船舶推进第四章螺旋桨模型的敞水试验
二、临界雷诺数
螺旋桨模型试验时的雷诺数无法保持与实桨相同，若雷诺数过低，则由于桨叶切面上流动状态与实桨不同，将使试验结果无实用价值，因此必须确立一个模型桨试验的最低雷诺数值称为临界雷诺数。决定粘性流体流动状态的基本参数之一为雷诺数，当雷诺数足够大时，界层中的流动才能达到紊流状态，故临界雷诺数乃为保证模型界层中达到紊流状态的最低雷诺数。
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船舶推进第四章螺旋桨模型的敞水试验
目前世界上已有不少性能优良的螺旋桨系列，其中比较著名、应用较广的有：荷兰的B型螺旋桨、日本的AU型螺旋桨和英国的高恩螺旋桨等。B型和AU型螺旋桨适用于商船，而高恩螺旋桨则适用于水面高速军舰。
目前世界各国比较有名的螺旋桨系列发展情况，如表4-2和表4-3所示，可根据需要选用。
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感谢您的观看。
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船舶推进第四章螺旋桨模型的敞水试验

基于FLUENT的旋翼(螺旋桨)旋转仿真

基于FLUENT的旋翼(螺旋桨)旋转仿真本文主要通过动网格技术对旋翼旋转过程的气流现象进行仿真。

涉及到机构网格、非结构网格划分，网格组装，UDF应用，CFX-POST后处理等软件应用知识点。

希望能够给大家学习提供帮助。

由于时间紧迫，加上本人的水平有限，文中的不足之处请大家批评指正。

利用fluent对旋翼旋转进行仿真，通过仿真结果观察旋翼以1000rad/s的速度转动时的气流现象。

旋翼几何模型针对问题描述建立几何模型如图1所示，将整个计算域划分成固定域和旋转域。

网格的划分采用网格模型组装方法，固定域通过结构网格方法划分网格，旋转域包含旋翼曲面采用非结构网格方法建立相应的part 如图将上述几何模型保存为single.tin一、进行旋转域网格划分将parts里的名字为DOWN 、UP、DOWN_WALL、WALL的part删除，留下的几何图形即为包含旋翼的旋转域如图所示将上述几何模型保存为single_in.tin现在对旋转域进行网格划分，先生成旋转域的壳网格。

网格参数的设置如图所示生成的旋翼表面网格如图所示对网格质量进行检查，网格质量较好，quality质量指数在0.5以上。

对壳网格进行保存，为single_in_shell.uns。

单纯的壳网格并不能进行流动计算，接下来对旋转域进行体网格划分。

图中为切面处的体网格，按照下列参数对网格质量进行检查。

从上图中可以看出，网格质量在0.15以上，没有负网格产生。

保存网格为single_in.uns。

二、进行固定域网格划分打开开始保存的几何文件single.tin，将parts里的名字为PROPELLER的part删除，留下的几何图形即为不包含旋翼的固定域如图所示将模型另存为single_out.tin。

固定域结构简单，现在对其进行结构网格划分。

固定域Block划分及节点设置，如图所示。

进行网格预览，并检查网格质量。

所有网格Determinant2X2X2值大于0.5，大部分大于0.6。

Fluent模拟的基本步骤

F l u e n t模拟的基本步骤SANY GROUP system office room 【SANYUA16H-F l u e n t模拟的基本步骤1.运行Fluent出现选择Fluentversion选择界面一般二维问题就选择默认的2d，即单精度二维版本就可以了，但是本问题求解区域是一个扁长形状的，建议选择2ddp，即二维双精度版本，计算效果更好。

2.打开网格文件从菜单file→Read→Case→选择fin目录下的fin.msh文件3.指定计算区域的实际尺寸在Gambit建立区域时没有尺寸的单位，此时应该进行确定，也可以对区域进行放大或缩小等。

在菜单Grid下选择Scale出现上面的对话框。

将其中的Gridwascreatedby中的单位m，更改为mm，此时scalefactorX和Y都出现0.001。

然后按Scale4.选择模型该问题是稳态问题，在Solver中已经是默认，只是求解温度场。

由菜单Define→Models→Energy然后选择EnergyEquation。

5.指定边界条件和求解区域的材料需要将求解区域的四个边界进行说明，由菜单单Define→Models →Boundaryconditions。

首先设置左边界，即肋根的条件。

点击left项，Type列表中缺省指定在Wall，所以不需要改变，再点击Set选择thermalconditions列表中的Temperature，并且在右侧Temperature(k)中填入323（即50℃），然后点击OK完成。

按照同样方法对up、down和right三个边界进行设置。

这三个边界均为对流边界，需要给出表面传热系数和流体温度。

本问题的求解区域为固体，并且设定其物性参数。

在zone列表中选择zone(在Gambit中指定的名字)，已经是默认的solid.点击set点击Edit编辑材料的物性，本问题只是设计材料的导热系数，所以仅需将导热系数的值更改为160，然后点击Change后再close，上一个页面后按ok。

螺旋桨模型敞水试验报告

螺旋桨模型敞水试验实验报告
螺旋桨模型敞水试验的目的：
螺旋桨模型单独地在均匀水流中的试验称为敞水试验，该试验可以在船模试验水池、循环水池中进行。

它是鉴定和分析螺旋桨性能的较为简便可靠的方法。

该试验的目的是为了配合自航试验分析船舶推进的各种效率成分，或对若干方案进行比较分析。

试验步骤：
（1）在准备工作完成后，使螺旋桨叶背向拖车前进方向安装。

（2）按选定的螺旋桨转速保持转速不变，改变拖车的前进速度，在适当的速度范围内测量（10~15）个点，速度范围的选取应从0=Am V 到使推力0<m T 。

（3）在某一速度下同时记录以下数据： a 、螺旋桨转速m n 。

b 、螺旋桨前进速度Am V 。

c 、推力t T 。

d 、扭矩m Q 。

在试验操作时应注意下列事项： a 、每次开车前水面要平静
b 、待螺旋桨转速和车速达到预定值且稳定一段时间后，方可记录数据。

c 、每次测试要先开车后启动电机，数据记录完毕后要先电机后停车，以防系泊情况发生，保证动力仪的安全。

试验数据处理：
由试验得到数据； 1、螺旋桨试验相关参数浆模直径： m D 1175.0= 桨叶数：
4=Z 螺距比： 8.0=D P
模型缩尺： 40=λ
试验水温：
C t 20淡水=
由以上数据求J 、T K 、Q K 、0η 进速系数nD
V J A
=
推力系数4
2D n T
K T ρ=
扭矩系数5
2D
n Q
K Q ρ=
效率Q
T
K K J ⋅
=
πη20 1、求进速系数J 由以上数据得。

螺旋桨模型敞水试验方法

螺旋桨模型敞水试验方法
螺旋桨模型敞水试验方法是一种用于测试螺旋桨性能的实验方法，其中螺旋桨模型安装在水池中，通过控制水流的速度来测试螺旋桨的性能。

该方法的基本原理是：当螺旋桨模型放入水中时，水流会绕着螺旋桨模型旋转，形成一个涡流场，螺旋桨模型会受到涡流场的作用而产生推力，从而使螺旋桨模型在水中前进。

通过测量螺旋桨模型在不同水流速度下的推力和推进速度，可以确定螺旋桨的性能指标，如推力系数、推进效率等。

螺旋桨模型敞水试验方法的优点在于：
1、实验方法简单，设备费用低；
2、可以实时测量螺旋桨模型的推力和推进速度；
3、可以测量螺旋桨模型在不同水流速度下的性能；
4、可以模拟实际应用中的流动环境，可以更好地反映螺旋桨模型的性能。

螺旋桨敞水试验

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4.2 敞水试验过程
桨模制作:敞水桨模直径为0.2-0.3ｍ通常用巴氏合金、铜合金、不锈钢或铝等金属桨模精度在0.05ｍｍ
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4.2 敞水试验过程
将敞水动力仪固定在水池拖车上，预先应进行校验和标定将桨模安装在敞水动力仪上，叶背向前 , 浸没深度大于桨径试验前应先根据桨模的几何尺寸，如直径 Dm 和 0.75R 处切面的弦长及临界雷诺数 3.0×105 ,确定桨模要求的最小转速，估算 J ＝ 0 时桨模可能发出的最大推力及吸收的转矩，保证在动力仪量程范围内 48
14

n D gD
2 2
2 相似条件及要求
综述：螺旋桨在敞水中运转时，如桨轴沉没较深，则其水动力性能只与进速系数J和雷诺数Re有关。由进速系数相等的条件可得
V Am V AS n m Dm n s Ds V Am nm 1 V AS ns
15
2 相似条件及要求
由雷诺数相等的条件可得
21
2 相似条件及要求
进速系数相等
VAm VAS nm Dm ns Ds
22
03
PART THREE
试验设备
23
3.1 敞水动力仪（H29-1）
敞水试验的专用设备
它包括自航动力仪、光栅编码器(测速发电机)、驱动电机及传动机构敞水动仪功能是测量安装在轴上的桨模的。转速、推力和扭矩
24
12
2 相似条件及要求
T f 1 ( D, n, V A , , , g )
2 2 2 V nD n D T n 2 D 4 f 1 ( A , , ) nD gD

FLUENT-6-计算模拟过程方法及步骤

FLUENT 12 模拟步骤Problem Setup读入网格：file read case 选择网格文件（后缀为。

Mesh）1 General1）Mesh（网格）> Check（点击查看网格的大致情况，如有无负体积等）Maximum volume (m3)（最大体积，不能为负）Minimum volume (m3)（最小体积，不能为负）Total volume (m3)（总体体积，不能为负）> Report Quality（点击报告网格质量）Maximum cell squish（最大单元压扁，如果该值等于1，表示得到了很坏的单元）Maximum cell skewness（最大单元扭曲，该值在0到1之间，0表示最好，1表示最坏）Maximum aspect ratio（最大长宽比，1表示最好）> Scale（点击缩放网格尺寸，FLUENT默认的单位是米）Mesh Was Create In（点选mm →点击Scale按钮且只能点击一次）View Length Unit In（点选mm →直接点击Close按钮不能再点击Scale按钮）> Display（点击显示网格设定）→弹出Mesh Colors窗口Options（选Edges和Faces）Edge Type（点选All）Surface（点选曲面）→点击Display按钮点击Colors按钮→弹出Mesh Display窗口Options（点选Color by ID）→点击Close按钮→再点击Display按钮2）Solver（求解器）> Pressure-Based（压力基，压力可变，用于低速不可压缩流动）> Density-Based（密度基，密度可变，用于高速可压缩流动）3）Velocity Formulation（速度格式）> Absolute（绝对速度）> Relative（相对速度）4）Time（时间）> Steady（稳态）> Transient（瞬态）5）Units（点击设置变量单位）点击按钮→弹出Set Units窗口→在Quantities项里点选pressure →在Units项里点选atm →点击New按钮→点击OK按钮→点击Close按钮2 Models（物理模型）1）Multiphase（多相流模型）2）Energy（能量方程，一般要双击勾选）3）Viscous（粘性模型，一般选k-ε模型，所有参数保持默认设置）4）Radiation（辐射模型）5）Heat Exchanger（传热模型）6）Species（组分模型）7）Discrete Phase（离散相模型）8）Solidification & Melting（凝固与融化模型）9）Acoustics（声学模型，一般选择Broadband Noise Source模型，所有参数保持默认设置）3 Materials（定义材料）1）点击FLUENT Database →在FLUENT Fluid Materials里选择所需要的物质→点击Copy按钮→点击Close按钮→再点击Change/Create按钮2）点击User-Defined Database →选定写好的自定义文件→点击OK按钮3）自定义材料物性参数：在Name文本框中输入自定义材料名字gas →Chemical Formula文本框删除为空→修改Properties中各参数的值→点击Change/Create按钮→弹出Change/Create mixture and Overwrite air对话框→点击NO按钮→点击Close按钮4 Phases（相）5 Cell Zone Conditions（单元区域条件）点击Edit按钮→在Material Name项的下拉列表中选择gas（工作介质）→点击OK按钮6 Boundary Conditions（边界条件）1）Pressure-Inlet（压力进口）> Momentum（动量）Reference Frame（参考系）Gauge Total Pressure（总表压）Supersonic/Initial Gauge Pressure（初始表压或静压，一般比总表压小500Pa左右，或设为出口表压）Direction Specification Method（进口流动方向指定方法，Normal to Boundary垂直边界）Turbulence > Specification Method（湍流指定方法，Intensity and Hydraulic Diameter）Turbulent Intensity（湍流强度，一般为1）Hydraulic Diameter（水力半径，一般为管内径）> Thermal（热量）Total Temperature（总温）> Species（组分）2）Pressure -Outlet（压力出口）> Momentum（动量）Gauge Pressure（表压）Backflow Direction Specification Method（回流方向指定方法）Radial Equilibrium Pressure Distribution（径向平衡压力分布）Target Mass Flow Rate（目标质量流率）Non-Reflecting Boundary（非反射边界）Turbulence > Specification Method（湍流指定方法，点选Intensity and Hydraulic Diameter）Backflow Turbulent Intensity（回流湍流强度，一般为1）Backflow Hydraulic Diameter（回流水力半径，一般为管内径）> Thermal（热量）Backflow Total Temperature（回流总温）> Species（组分）7 Mesh Interfaces（分界面网格）8 Reference Values（参考值）9 Adapt（自适应）Adapt →Gradient（压力梯度自适应）> Options（显示选项）Refine（加密，勾选）Coarsen（粗糙，勾选）Normalize（正规化）> Method（方法）Curvature（曲率）Gradient（梯度，勾选）Iso-Value（等值）> Gradient of（梯度变量）Pressure（压力，点选）Static pressure（静压，点选）> Normalization（正常化）Standard（标准）Scale（可缩放，勾选）Normalize（使正常化）> Coarsen Threshold（粗糙比，0.3）> Refine Threshold（细化比，0.7）> Dynamic（动态）Dynamic（动态，勾选）Interval（每隔几次迭代自适应一次）→点击Mark按钮→点击Adapt按钮→（点击Compute按钮）→点击Apply按钮Solution1 Solution Methods（求解方法）1）Formulation（求解格式，默认为隐式Implicit）2）Flux Type（通量类型，默认为Roe-FDS）3）Gradient（求解格式，默认为Least Squares Cell Based）4）Flow（流动，点选二阶迎风格式Second Order Upwind）5）Turbulent Kinetic Energy（湍动能，点选二阶迎风格式Second Order Upwind）6）Turbulent Dissipation Rate（湍流耗散率，点选二阶迎风格式Second Order Upwind）2 Solution Controls1）Courant Number（库朗数，控制时间步长，瞬态计算才需要设置）2）Un-Relaxation Factors（欠松弛因子）> Turbulent Kinetic Energy（湍动能，默认为0.8）> Turbulent Dissipation Rate（湍流耗散率，默认为0.8）> Turbulent Viscosity（湍流粘度，默认为1）3）Equations（点击弹出控制方程）> Turbulence（湍流方程）> Flow（流动方程= 连续方程+ 动量方程+ 能量方程）4）Limits（点击弹出限制窗口）对某些变量使用限制值，如果计算的某个变量值小于最小限制值，则求解器就会用相应的极限取代计算值。

螺旋桨敞水性能预报讲解

三、几种特殊性能螺旋桨的敞水计算
• 对转螺旋桨
计算域的确定
•进口在前桨中心线上游 4 倍前桨直径处，出口在前桨中心线下游 4 倍前桨直径处，外边界直径为 5 倍前桨直径
•计算域分为前桨、后桨两个域，各自独立划分网格
•采用结构化-非结构化多块混合网格划分方法
湍流模式选择
标准 k- ε 模型
三、几种特殊性能螺旋桨的敞水计算
二、影响计算的主要因素及其选取
• 选择怎样的数值方法
• 怎样划分网格
二、影响计算的主要因素及其选取
• 选择怎样的数值方法
通常的求解器选取（张志荣，2004）
a. 直接求解三维不可压RANS方程
b. 微分方程离散：有限体积法
c. 对流项离散：二阶迎风格式 d. 扩散项离散：中心差分格式
e. 压力耦合方程求解：SIMPLE方法
桨摩擦力的预报精度会影响螺旋桨敞水性能的预报精度
？
加密桨叶表面及附近网格能提高摩擦力预报精度 , 从而提高推力和扭矩的预报精度（胡芳琳、张志荣）
三、几种特殊性能螺旋桨的敞水计算
• 吊舱推进器 •
吊舱推进器CFD计算特点：
•螺旋桨与吊舱存在相互作用 •需研究斜航时系统受力情况 •吊舱推进器分为推式和拉式两种 •需使用滑移网格技术来求解螺旋物吊舱相互影响的非定常问题 , 滑移网格技术是用来处理存在定子麟子相对运动问题的较理想的方法
• 选择怎样的数值方法
湍流模式的选取
张志荣，2004比较了船舶粘性流体计算的六种主要湍流模式 a.SA模型 b.标准k-ε模型 c.RNG k-ε模型 d.Realizable k-ε模型 e.标准k-w模型 f. SST k-w模型
二、影响计算的主要因素及其选取