螺旋桨水动力性能研究进展
基于FLUENT的螺旋桨水动力性能研究
Ｋｅ ｒ ｓ Ｐ ｏ ｅｌ ｒ Ｐ ｏ ｅｌ ｒｐ ｒ ｏ ｍａ ｃ ｓ Ｆ ｙ ｗｏ ｄ ： ｒ ｐ ｌ ； ｒ ｐ ｌ ｅ ｆ ｒ ｎ ｅ ； ＬＵＥＮＴ； ｍ ｅ ｉ ａ ｉ ｕ ａ ｉ ｎ ｅ ｅ Ｎｕ ｒ ｃ ｌ ｍ ｌ ｔ ｓ ｏ
第 ６期
２１ ０ １年 ６月
文章编号 ：０ １３ ９ （０ １０ — ２ １ ０ １０ — ９ ７ ２ １ ）６ ００ — ２
机 械 设 计 与 制 造
Ｍａ ｈ ｎｅ ｙ Ｄｅ ｉｎ ｃ ｉ ｒ ｓｇ ＆ Ｍａ ｕ ａ ｔ ｅ ｎ ｆ ｃｕｒ ２０１
基于ＦＵ Ｎ Ｌ Ｅ Ｔ的螺旋 桨水 动 力性 能研 究 ： ｌ ：
ｆ ｅａｉ ｉｐｏｅｌ ｗ ｉ ｓｌ ｎｉａ ａ ｔｅｖｌｅｏ ｍ ｌ ｉ ｒｈ ｒ ｅｌ ａｅ ｅ ｏ ｂｈｖｏ ｏ ｔ ｓ ｒ ｌ ｈｃ ｒ ｕｔ ｉｄｃ ｅｔｔ ｈ ａｕ ｓ ｕａｏ ｆ ｅ ｏ ｌｒ ｋ ｌ ｒ ｒ ｈ ｐ ｅ ｆ ｈｅ ｓ ｔ ｈ ｆ ｉ ｔｎ ｏ ｔ ｐ ｐ ｅ ｗ ｆ ｄ ｉ ｉ ｉ ｔ ｍ ｉｃｌ ａ ｅＯ ｈｌ ｗ ｉ ｃｕｄ ａｉ ｅｕｒ ｅｔｆｅ ｉｅｒ ｇ ｏ ｃｒｃ； ｆｓｗｔ ｅｅ ｐｒ ａｖ ｕ ｎｔｅｗ ｏ ， ｈｃ ｏｌ ｓｔ ｙｔｅｒｑ ｉ ｍ ｎ ｇｎｅｉ ｆｒ ｃｕａｙ ｔ ｈｈ ｉ ｌ ｈ ｅ ｈ ｓ ｈ ｆ ｅ ｏ ｎ ｎ ａ Ｔ ｕ ｐｏｉｅ ｒ ｅｅｃｆｒｈ ｅｉｎｏ ｈ ｒ ｅｌｒ ｈｓｉ ｒｖｄｓ ｅ ｒｎｅ ｏ ｅｄｓ ｅ ｏ ｌ ． ｔ ｆ ｔ ｇ ｆｔ ｐ ｐ ｅ
导管螺旋桨水动力性能试验及数值研究
导管螺旋桨水动力性能试验及数值研究
李海涛;姜壮威
【期刊名称】《舰船科学技术》
【年(卷),期】2024(46)2
【摘要】为了研究导管螺旋桨的推力、扭矩和敞水效率等主要水动力参数和进速系数之间的关系,本文采用物理模型试验和计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)技术相结合的方式分析导管对螺旋桨水动力特性的影响。
首先在本校拖曳水池开展导管螺旋桨模型的敞水性能试验然后使用计算流体软件STAR-CCM+对导管桨模型进行数值模拟。
在模拟计算中应用多参考系法(Multi Reference Frames,MRF),分别采用不同湍流模型对导管螺旋桨的水动力性能进行计算,并与试验数据进行对比,验证了STAR-CCM+软件模拟可以对导管螺旋桨的水动力性能进行有效预报且使用SST k-ω湍流模型获得的水动力性能精度更高。
研究结果表明,导管螺旋桨更适用于在低进速系数下工作的重载船舶。
【总页数】7页(P1-7)
【作者】李海涛;姜壮威
【作者单位】大连理工大学船舶工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】U664.33
【相关文献】
1.导管参数对导管螺旋桨水动力性能影响研究
2.导管螺旋桨在斜流中的水动力性能试验
3.基于模型的导管螺旋桨水动力性能研究
4.基于CFD的船舶导管螺旋桨的水动力性能研究
5.渔船导管螺旋桨水动力性能试验与研究
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螺旋桨的快速建模及水动力性能预报研究
设计与研究
螺旋桨的快速建模及水动力性能预报研究
柳堪乐 1，赖海清 2，李明敏 2, 方先进 2
（1. 中国船级社质量认证公司陕西分公司，西安，710065 ；2. 广州船舶及海洋工程设计研究院，广州 510250）
Key words: Propeller; hydrodynamic performance;
1 前言
螺旋桨几何形状复杂且有流体分离、漩涡等现象， 使得流场中的流动结构很复杂，无法通过求解描述流 动过程的微分方程式得到解析。因此，长期以来螺旋 桨试验便成了研究螺旋桨水动力性能必不可少的手段， 螺旋桨的敞水试验主要是以各船模水池的螺旋桨设计 图谱为基础，进行少量的修改和试验来进行螺旋桨的 设计，进而应用在工程中，然而，螺旋桨模型试验不 仅周期长、费用高，而且很难得到详细的局部流场信息， 存在很大的局限性。这样的情况下，数值试验的优势 就表现出来了，随着计算机性能的不断提升以及计算 流体力学（CFD）的发展 [1]，利用计算机求解螺旋桨问 题周期短、成本低、结果数据完整等优点逐渐显现出来， 它能够更加真实的模拟出实际螺旋桨的工作状态，因 此，CFD 方法被广泛的应用于工程实践中 [2]。如何快 速进行螺旋桨的敞水性能预报，提高螺旋桨设计效率，
关键词：螺旋桨；建模；水动力性能；
中图分类号：U667
文献标识码：A
Hale Waihona Puke Fast Modeling and Hydrodynamic Performance Analysis on Propeller
LIU Kanle1, LAI Haiqing2, LI Mingmin2, FANG Xianjin2
螺旋桨水动力学性能分析与优化设计
螺旋桨水动力学性能分析与优化设计螺旋桨是水上船只中最重要的推进装置，其性能直接关系到船舶的推进效率和航行速度。
螺旋桨水动力学性能分析与优化设计是船舶研究领域中的重要分支，对于减少能源消耗、提高运输效率、降低污染排放具有重要作用。
一、螺旋桨水动力学性能分析的基础理论1.1 计算流体力学计算流体力学（CFD）是一种通过数字计算方法来解决流体力学问题的数学模型。
在螺旋桨被设计和研究时，CFD成为了一种重要的工具。
其模型基于Navier-Stokes方程和欧拉方程，模拟了流场和流动的变化，从而分析了流体运动的影响和经济性能的评估。
1.2 螺旋桨理论螺旋桨的理论基础是流体力学中的速度势流和双曲型等势流。
速度势流指的是在流体中的一个点上速度向量可以分解为势函数的梯度，而双曲型等势流涉及到一个坐标系中，速度的散度和旋度是相等的。
1.3 失速失速指的是在较小的流速下，螺旋桨进入了抵抗气蚀和附面效应的状态。
能够有效地分析并求出失速将对设计螺旋桨的截面和轴设置具有重要意义。
二、螺旋桨水动力学性能分析的关键参数2.1 推力和速度推力和速度是螺旋桨水动力学性能分析中的两个关键参数。
推力是螺旋桨提供给船体的推进力，影响到船舶的加速度和航行速度。
速度可以用来计算泥和水的扰动实体质量。
2.2 轮廓设计螺旋桨轮廓设计对其性能影响非常大，包括叶片的数量、截面形状和翼型等。
良好的轮廓设计能够提高螺旋桨的效率，减小水动力噪音，提高抵抗力和附面效应。
2.3 旋转速度旋转速度是螺旋桨的打动驱动力，影响了传动效率和螺旋桨效率。
高速旋转通常会导致较大的失速和流量噪音，而低速旋转也可能会导致螺旋桨产生过多垂直力。
2.4 推力系数推力系数是推力与密度、直径、旋转速度和旋转等效面积的关系。
推力系数是成尺寸和旋转速度的一种无因次数，用于描述螺旋桨的推进效率。
三、螺旋桨水动力学性能优化的方法3.1 优化设计算法优化设计算法是一种通过数学模型和计算机程序来找到最优解的方法。
七叶侧斜螺旋桨水动力性能优化
七叶侧斜螺旋桨水动力性能优化
首先，我们需要了解七叶侧斜螺旋桨的结构和工作原理。
七叶侧斜螺旋桨是由七片叶片构成的，每个叶片的倾角和螺旋角都是固定的。
在推进过程中，螺旋桨叶片产生推进力，将水推动向后，从而推动船舶前进。
优化螺旋桨的水动力性能主要是通过调整叶片的几何参数来实现的。
其次，我们可以采用计算流体力学（CFD）方法对七叶侧斜螺旋桨进行水动力性能的模拟分析。
通过在计算流体力学软件中建立七叶侧斜螺旋桨的三维模型，并设定流场条件和运动边界条件，可以获取螺旋桨叶片的受力情况和水动力性能。
通过对模拟结果的分析，可以找出影响螺旋桨性能的关键因素，并进行优化设计。
最后，我们可以通过对七叶侧斜螺旋桨的几何参数进行优化设计，以提高其水动力性能。
在进行优化设计时，可以通过改变叶片的倾角、螺旋角、叶片面积分布等参数来优化螺旋桨的性能。
通过对不同参数组合的模拟分析，可以找到最优的设计方案，从而提高螺旋桨的推进效率。
综上所述，对七叶侧斜螺旋桨的水动力性能进行优化可以提高船舶的速度、操纵性和燃油效率，为船舶的运行提供更好的性能保障。
通过采用计算流体力学方法进行模拟分析和优化设计，可以有效地改善螺旋桨的性能，为船舶设计和运行提供技术支持。
希望本文可以为相关领域的研究者提供参考和启发，推动螺旋桨水动力性能优化的深入研究。
船舶驱动系统螺旋桨水动力学和推进效率
船舶驱动系统螺旋桨水动力学和推进效率船舶驱动系统中的螺旋桨是推动船舶前进的关键部件，其水动力学和推进效率直接影响到船舶的性能和能源消耗。
本文将从螺旋桨的水动力学原理、螺旋桨的设计与优化以及推进效率的提高等方面进行论述。
一、螺旋桨的水动力学原理螺旋桨是通过利用船舶上的动力来产生推力，进而推动船舶前进。
其工作原理是基于流体力学的一系列原理与方程。
螺旋桨在水中旋转时，会对周围的水流产生扰动，扰动会引起水流的变化，从而产生推力。
螺旋桨的推力主要通过两部分来实现：一是反作用力，即推进物体（船舶）时的力的反作用；二是动压力，即螺旋桨叶片的旋转将周围的水流加速带动起来，形成一个水流的后向压强。
螺旋桨的推力大小与旋转速度、叶片数目、叶片形状、叶片的攻角、桨距等因素有关。
合理地设计这些参数可以提高螺旋桨的推进效率。
二、螺旋桨的设计与优化螺旋桨的设计与优化是提高推进效率的关键。
通过科学合理地设计螺旋桨的叶片形状、旋转速度、攻角等参数，可以使螺旋桨尽可能地利用动力将水流转化为推力，并降低能量损失。
在螺旋桨的设计过程中，需要考虑以下几个因素：1. 叶片形状：螺旋桨的叶片形状对推力的产生和水动力性能有着重要影响。
通常采用的叶片形状有固定式、可调式和可变式等，根据船舶的使用需求选择合适的叶片形状。
2. 叶片角度：叶片角度也称攻角，是指叶片相对于进流方向的偏角。
不同的叶片角度对螺旋桨的推力和效率有不同的影响。
合理选择叶片角度可以提高螺旋桨的推进效率。
3. 桨距：桨距是指螺旋桨上相邻两个叶片之间的距离。
合理选择桨距可以使螺旋桨在转动时形成合适的水流，提高推进效率。
4. 螺旋桨的旋转速度：螺旋桨的旋转速度对船舶的速度和推进效率有直接影响。
适当调整螺旋桨的旋转速度可以使船舶在不同工况下获得最佳的性能和经济效益。
三、推进效率的提高推进效率是指船舶单位动力产生的推进力与单位能源消耗之间的比值。
提高推进效率可以降低船舶的能源消耗，减少对环境的污染。
螺旋桨水动力性能研究进展
Ａｂｓｒ ｃ ｔ ａ ｔ： Ｔｈ ｐ ｌｃ ｔｏ ｆｌｆｉｇ ｓ ｒａ ｅ ｔ ｅ ｒ ａ ｅ ａ ｅ ｉ ｃ ｅ ｓｎｇｙ ｃ ｍｐ ｅｅ， ａ ｅ ｅｈ ｄ ｅ ａ ｐ ｉ ａｉｎ ｏ ｉ ｎ ｕ ｃ ｈ ｏ ｙ ｈ ｓ ｂ ｃ ｍ ｎ ｒ ａ ｉ ｌ ｏ ｌｔ ｐ ｎ ｌｍ ｔ ｏ ｔ ｆ ａ ｄ ｔｅ ｎ ｈ Ｎ— ｅ ｕ ｔｏ ｓ ｐ ｒ ａ ｈ ｏ ｒ ｐ ｌｅ ｅ ｉｎ ａ ｇ ａ ｕ ｌ ｂ ｃ ｍ ｅ Ｓ ｑ ａｉ ｎ ａ ｐ ｏ ｃ ｔ ｐ ｏ ｅ ｌｒ ｄ ｓｇ ｈ ｓ ｒ ｄ ａ ｌ ｙ ｅ ａ ｍａｎｓｒ ａ ｉ ｔｅ ｍ ｏ ｙ ｒ ｄ ｎ ｍｉ ｆｈ ｄ ｏ ｙ ａ ｃ
Ｌ ｕ ， Ｉ ｅ Ｉ ｉ ＱＵ Ｌｉ Ｈ （ ｏ ｅｅｏ ａａ Ａ ｃｉ ｃ ｒ ａ ｄＯ ｅｎＥ ｇｎｅｉｇ Ｈ ａｈ ｎ ｎｖｒ ｔ Ｃ ｌ ｇ ｆ ｖｌ ｒｈｔ ｔ ｅ ｎ ｃａ ｎ ｉｅｒ ， ｕ ｚｏ ｇＵ ｉｅｓｙ ｌ Ｎ ｅｕ ｎ ｉ ｏ ｃ ｎ ｅａ ｄＴ ｃ ｎ ｌ ｙ Ｗｕ ａ ３ ０ ４， ｈｎ ） ｆ ｉ ｃ ｎ ｅｈ ｏ ｇ ， ｈ ｎ ４ ０ ７ Ｃ ｉａ Ｓｅ ｏ
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基于CFD的螺旋桨定常水动力性能预报精度研究
基于CFD的螺旋桨定常水动力性能预报精度研究螺旋桨是水上运动器械中非常常用的一种，为了提高其水动力性能，在设计过程中需要进行定常水动力性能预报。
而基于CFD技术的预报方法，由于其模拟准确度高、计算速度快等优点，被广泛应用于螺旋桨的水动力性能预报中。
本文以某型号螺旋桨为研究对象，基于CFD技术进行了定常水动力性能预报，并分别进行了验证和分析。
首先，对数值模型进行了建立和求解，考虑到海水的液体特性，选用了VOF方法进行数值求解，同时使用了k-ε湍流模型。
接着，将得出的数值预报结果与实验数据进行对比验证，验证结果表明，数值预报结果与实验数据相比有了一定的偏差，主要是在预测扭力系数上偏小。
分析认为，这是由于CFD技术受到了多重因素的影响，如参数设定、精度等等。
针对上述问题，本研究借鉴了多个前期研究的方法和经验，对螺旋桨的定常水动力性能预报精度进行了深入研究。
结果表明，通过选用更合适的计算参数、优化网格划分等方法，可以显著提升预报结果的准确性，特别是对于扭力系数的预报结果，可以将其预报精度提高至8%以内。
当然，以提高精度为目标的CFD模拟方法还存在着很多问题和挑战，如如何在更小的计算范围内保证计算精度、如何进一步提高计算速度等，均需要进一步研究探索。
总之，本文通过研究某型号螺旋桨的定常水动力性能预报，并探究了基于CFD技术的预报精度，发现基于CFD的预报方法具有较高的准确度和可靠性，但也存在着一定的偏差，因此需要在计算参数选择和网格优化等方面进行细节和方法上的优化。
最终，本文对基于CFD技术的预报方法的优化方向进行了探索和展望，并对未来相关研究提出了建议。
某型号螺旋桨的定常水动力性能涉及多项参数和数据，其中包括攻角、流速、扭力系数等。
本文将针对这些数据进行分析，以探究预报精度的提升和优化方案。
首先，攻角是指螺旋桨叶片相对飞行方向的夹角，攻角的改变会影响到螺旋桨的提速性能。
通过对攻角的不同选择进行定常水动力性能预报，并与实验数据进行对比，可以发现，随着攻角的增加，螺旋桨的扭力系数呈现增长趋势。
螺旋桨四象限水动力性能数值模拟及应用
螺旋桨四象限水动力性能数值模拟及应用螺旋桨是船舶的重要配件，其四象限水动力性能的数值模拟与应用对于船舶设计和性能的优化都具有重要意义。
本文将探讨螺旋桨四象限水动力性能数值模拟的方法及其应用。
首先，螺旋桨四象限水动力性能主要包括推力、扭矩、速度和效率四个方面。
利用数值模拟技术进行四象限水动力性能计算，可以提高其精度和可靠性，以实现优化设计。
在数值模拟中，应用计算流体力学（CFD）和离散元素方法（DEM）等技术，对螺旋桨与水域相互作用的流场进行分析和计算，从而得到推力、扭矩、速度和效率等参数。
其次，螺旋桨四象限水动力性能数值模拟的应用广泛。
首先，在螺旋桨设计中，可以利用数值模拟技术进行多种参数的变化测试，并找到最优设计方案。
其次，针对不同船型和船速，在螺旋桨选择和优化中，也可以用数值模拟的方法进行计算和比较。
此外，在船舶性能评估与优化中，螺旋桨四象限水动力性能参数是重要的评价指标，可以对螺旋桨和船舶的性能进行综合评估和优化。
总之，螺旋桨四象限水动力性能数值模拟是船舶设计与性能优化的重要手段之一。
其精度和可靠性对于船舶的性能影响至关重要。
未来，在数值模拟技术的不断提高和发展下，螺旋桨四象限水动力性能的数值模拟将会越来越重要，其应用范围也将更加广泛。
为了进行螺旋桨四象限水动力性能数值模拟和应用的研究，需要收集、整理和分析相关的数据。
数据的来源可以包括实验室试验、模拟计算等多种途径。
下面列举一些可能用到的数据类型：1.螺旋桨几何参数：包括叶片数、直径、螺距、叶片参数等。
2.流体参数：包括水的密度、粘度、温度和速度等参数。
3.四象限水动力性能参数：包括推力、扭矩、速度和效率等参数。
4.船舶参数：包括船型、排水量、速度等参数。
5.试验数据：针对具体螺旋桨、船舶排水量和速度进行的物理试验数据。
针对这些数据，可以进行各种方式的分析。
首先，在螺旋桨几何参数分析方面，可以分析不同螺距、叶片参数对于四象限水动力性能的影响，找到最优参数组合及其区域。
螺旋桨水动力性能研究进展_李卉
第33卷第12期2011年12月舰船科学技术SHIP SCIENCE AND TECHNOLOGY Vol．33，No．12Dec．，2011螺旋桨水动力性能研究进展李卉，邱磊（华中科技大学船舶与海洋工程学院，湖北武汉430074）摘要：升力面理论的应用日趋完善，面元法和N －S 方程的方法已逐渐成为螺旋桨设计与水动力预报的主流，特别是能提供桨叶表面流动精细描述的CFD 方法。
虽然运用粘性流预报螺旋桨水动力性能的CFD 方法较基于势流理论的升力线、升力面和面元法表现出较强的优越性，但是势流理论的完善性使其仍是螺旋桨设计和计算中最常用的工具。
本文较全面地介绍了国内外螺旋桨水动力性能研究的最新进展，为螺旋桨相关研究提供参考。
关键词：螺旋桨；水动力性能；CFD ；势流理论中图分类号：U661．1；U664．33文献标识码：A文章编号：1672－7649（2011）12－0003－06doi ：10.3404/j.issn.1672－7649.2011.12.001Development and present situation of the propeller hydrodynamic performanceLI Hui ，QIU Lei（College of Naval Architecture and Ocean Engineering ，Huazhong Universityof Science and Technology ，Wuhan 430074，China ）Abstract ：The application of lifting surface theory has became increasingly complete ，panel methodand the N-S equations approach to propeller design has gradually became mainstream of hydrodynamic prediction ，and in particularly the CFD method which can provide detailed descriptions of the blade surface flow．Although the use of viscous flow method to forecast the hydrodynamic performance of the propeller shows strong superiority compared to the lifting line ，lifting surface and panel method based on potential flow theory ，it is also the most commonly used tools of propeller design and calculation for its integrity．This paper provides the latest research on propeller hydrodynamic performance of domestic and international ，which provides a reference to propeller and propeller-related research．Key words ：propeller ；hydrodynamic performance ；CFD ；potential flow theory收稿日期：2011－04－28；修回日期：2011－06－28作者简介：李卉（1986－），女，硕士研究生，主要研究方向为船舶操纵控制与新型推进技术、船舶水动力学及船舶计算流体力学。
考虑变形的螺旋桨水动力及变形特性研究
２ ０ １ ３年 ９月 哈Biblioteka 尔 滨工 程大
学
学
报
Ｖｏ １ ． ３ ４ Ｎ ｏ． ９
Ｊ ｏ ｕ ｍａ ｌ ｏ ｆ Ｈａ ｒ ｂ ｉ ｎ Ｅｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｉｎ ｒ ｇ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ
Ｓ ｅ ｐ ．２ ０ １ ３
考 虑 变 形 的 螺 旋 桨 水 动 力 及 变 形 特 性 研 究
Ａｂｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ： Ｉ ｎ ｏ ｒ ｄ ｅ ｒ ｔ ｏ ｃ ｏ ｎ ｓ ｉ ｄ ｅ ｒ ｔ ｈ ｅ ｉ ｎ ｌｕ ｆ ｅ ｎ ｃ ｅ ｏ ｆ ｂ ｌ ａ ｄ ｅ ｄ ｅ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｎ ｈ ｙ ｄｒ ｏ ｄ ｙ ｎ ａ ｍｉ ｃ ｐ ｅ ｆｏ ｒ ｒ ｍａ ｎ ｃ ｅ ａ ｎｄ ｄｅ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｐ ｒ ｏ ｐ ｅ ￣ｙ ｏ ｆ ｐｒ ｏ ｐｅ ｌ ｌ ｅ ｒ，ｔ ｈ ｅ ｐ ａ ｎ ｅ ｌ ｍｅ ｔ ｈｏ ｄ ａ ｎｄ ｔ ｈ ｅ ｆ ｉ ｎ ｉ ｔ ｅ ｅ ｌ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｗｅ ｒ ｅ ｃ ｏ ｍｂ ｉ ｎ ｅ ｄ ｔ ｏ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｉ ｔ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｖ ｅ ａ ｌ ｇ ｏ ｉｔ ｒ ｈ ｍ ｆ ｏ ｒ ｈ ｉ ｇ ｈ ｌ ｙ ｓ ｋｅ ｗｅ ｄ ｐ ｒ ｏ ｐ ｅ ｌ ｌ ｅ ｒ ｓ，ｃ ｏ ｎ ｓ ｉ ｄ ｅ ｒ ｉ ｎｇ ｔ ｈｅ ｌｕ ｆ ｉ ｄ— ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ａ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ．Ａ ｌ ｏ ｗ－ ｏ ｒ ｄ ｅ ｒ ｐ ａ ｎ ｅ ｌ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｗａ ｓ ｕ ｓ ｅ ｄ ｔ ｏ ｃ ａ ｌ －
Ｓ ＵＮ Ｈａ ｉ ｔ ａ ｏ，ＸＩ ＯＮＧ Ｙｉ ｎ ｇ
基于CFD的螺旋桨桨叶折断水动力性能分析
航道 上有 沉船 ， 区有 浮 冰 。船舶 在 如 此 复 杂 的水 冰 域 航行 ， 螺旋 桨会 碰 到 水 上 漂 浮 物 、 生 搁 浅 或 缠 发 到缆绳 或锚 链 等 ， 致 螺 旋 桨 意 外 事 故 ， 旋 桨 可 导 螺
能 发生 卷边 ， 叶变 形 ， 至造 成 桨 叶折 断 。 因此 ， 桨 甚 １ ２ 螺旋桨 几何模 型 的建 立 ．
１３ １ 划分计 算 网格 ．．
对 于螺旋 桨 桨 叶边 缘 曲率 大 的地 方 网格 密些 ，
１ １期
欧礼 坚 ， ： 于 Ｃ Ｄ的螺旋 桨桨叶折 断水动力性能分析 等 基 Ｆ
２ １ ６３
曲率小 的地方 网格 疏些 ； 用 了 ｆ ｅ 采 ｉ ｄ函数 画表 面 网 ｘ
格 ； 了使 桨 叶周 边 网格 变 化 均 匀 ， 网 格 生 成 采 为 体
２１ ０ ２年 １ １月 ３ １日收到 ， ２月 １ ４日修改 第一作者简介 ： 礼坚 （９ ４ ） 广西 桂平 人 ， 师 ， 欧 １７ 一 ， 讲 博士 ， 究 方 研 向： 新船型与节 能技术 。Ｅｍａｌｌ ｕ ｃ ｔｅｕ ｃ 。 — ｉ：ｏ ＠ｓａ．ｄ ．ｎ ｊ
标变化 ， 生成数据文件 ， 导入 Ｕ Ｇ中， 经过 Ｕ Ｇ的曲 线成面的变换后形成螺旋桨几何模型如图 １ 。 １３ Ｃ Ｄ计 算模型 的建 立 ［４ ． Ｆ １ ＿
第 １ ２卷
第１期 １
２ １ ４月 ０ ２年
科
学
技
术
与
工
程
Ｖｏ．１ Ｎｏ １ Ａｐ ．２０１ １ ２ ．１ ｒ ２
１７ — １１ （０ ２ １ —６ ２０ ６ １ ８ ５ ２ １ ） １２ １ —５
Ｓ ｉｎ ｅ Ｔ ｃ ｎ ｌ ｇ ｎ ｇｎ ｅｉ ｇ ｃｅ ｃ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ａ ｄ Ｅｎ ｉ ｅ ｒｎ
基于滑移网格技术计算螺旋桨水动力性能研究
动力 性 能 ， 并 对 ＭＲ Ｆ和 Ｓ Ｍ 模 型 计 算 结 果 进 行
比效 。
过表 达式 或湍 流模 型 ， 把应 力 项 中 的脉 动 值 与 时
均值 联 系起来 。 １ ． ２ 湍流模 型 １ ． ２ ． １ 标准 ． 模 型 在 湍 动能 ｋ方 程 的基 础 上 ， 引入 一 个 耗 散 率 的方 程 Ｊ ， 形成了 ｋ － ８双方 程模 型 ， 称 为 标准 的
桨 定 常水 动 力 性 能 研 究 。 滑 移 网格 技 术 不 仅 能
毒 ＋ ） 一
（ ２ ）
式中 ： ｕ ， — — 速度 分量 时均值 （ ｉ ， ＝１ ， ２， ３ ） ； ｐ —— 压力 时均 值 ； ｐ —— 流体 密度 ； 流体 粘性 系数 ； ｇ ｉ —— 重 力加 速度 分量 ；
第４ ２卷 第 ５期 ２ ０ １ ３年 １ ０月
船 海 工 程
ＳＨＩ Ｐ ＆ ０ＣＥＡＮ ＥＮＧＩ ＮＥＥＲＩ ＮＧ
Ｖｏ ｌ ＿ ４２ Ｎｏ ． ５ Ｏｅ ｔ ． ２ ０１ ３
Ｄ Ｏ Ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ３ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ６ ７ １ － ７ ９ ５ ３ ． ２ ０ １ ３ ． ０ ５ ． ０ ０ ６
２Ｓ
第 ５期
船
海
工
程
第４ ２卷
式 中： Ｇ — — 由于平 均 速 度 梯度 引起 的湍 动 能 产
生：
ｏ ｒ 、 —— 湍 动 能 和 湍 动 耗 散 率 对 应 的普 朗 特 数 ，Ｆ ｌ ｕ ｅ ｎ ｔ 中 默 认 值 为
毒 ＋ Ｌ 【 。 ｄ ， Ｊ ｘ Ｊ ＋
（ ３ ）
ｘ ｙ Ｊ Ｊ ａ
基于势流理论和粘性流理论的螺旋桨水动力性能分析
基于势流理论和粘性流理论的螺旋桨水动力性能分析螺旋桨水动力性能预报经历了升力线、升力面、面元法以及基于求解RANS方程的CFD方法几个阶段。
升力线方法过于简化导致求解精度不够，升力面在升力线的基础上有所进步但由于其是建立在薄翼理论基础上的，不能精确地描述螺旋桨的几何外形以至于不能正确的预报桨叶压力分布和空泡性能，其计算精度也不能令人满意。
面元法能很好地处理桨毂、导边及桨叶上的空泡影响，更精确地描述复杂的螺旋桨几何外形，克服升力线和升力面的不足，对复杂的翼身结构作了更为精确的离散化处理，同时消除升力面理论中薄翼假设带来的导边奇性，更精确地预估导边附近和剖面较厚处的压力分布并能计及桨毂的存在及桨毂对螺旋桨性能和桨叶压力分布的影响。
升力面理论的应用日趋完善，面元法和N－S方程的方法已逐渐成为螺旋桨设计与水动力预报的主流，特别是能提供桨叶表面流动精细描述的CFD方法。
虽然升力面和面元法能成功的预报螺旋桨在稳定流和非稳定流中的水动力性能，但是这些理论方法都是建立在势流的基础上，计算过程中忽略了粘性影响，因此在工程应用中需要对设计和计算结果进行粘性修正。
由于势流理论忽略粘性力导致我们在研究尺度效应对实船的影响、空泡与黏性流的非线性相互作用、螺旋桨桨叶表面边界层和尾流涡的结构与力学机理等问题时都无法给出定量的计算结果，特别是势流计算方法无法捕捉桨叶附近的细节流动如桨叶随边涡的结构，严重影响了螺旋桨性能的预报精度。
基于RANS方程的计算流体力学方法为上述问题的解决提供了有效地解决方案。
求解RANS方程的商业软件相继出现并不断完善，很明显在螺旋桨水动力性能数值预报方面CFD方法已成为主流研究方向。
对湍流模式、网格生成、近壁面模型等CFD关键问题不断改进后，CFD代码分析复杂流动的能力大幅提高。
尽管如此，涉及物理模型的逼真度、数学理论以及如何选择基准检验试验验证方案等复杂问题时，CFD方法还存在一定的不确定性，成为CFD研究领域中极具挑战性的前沿课题。
船舶螺旋桨技术的最新进展与优化方案
船舶螺旋桨技术的最新进展与优化方案随着航运业的发展，船舶螺旋桨技术也在不断演进和进步。
本文将介绍船舶螺旋桨技术的最新进展和优化方案，以助于提高船舶性能和能源效率。
一、船舶螺旋桨技术的最新进展1. 利用计算流体力学(CFD)仿真模拟的应用计算流体力学是一种模拟流体运动和传热的数值计算方法，在船舶螺旋桨设计中起到了重要的作用。
通过使用CFD仿真模拟，设计人员可以预测船舶螺旋桨在水中的工作情况，从而对其进行优化。
这一技术的使用可以减少试验和改进周期，提高设计效率和成本效益。
2. 利用复合材料的应用传统的船舶螺旋桨通常使用铸铁或铜合金等金属材料制造，随着复合材料的发展，船舶螺旋桨也开始应用于复合材料制造。
复合材料螺旋桨具有更高的强度和更轻的重量，可以降低船舶的燃油消耗，提高航行速度和效率。
3. 螺旋桨翼型的优化设计船舶螺旋桨的翼型设计对于提高推进效率和减小噪音有重要影响。
近年来，研究人员通过优化螺旋桨的翼型设计，使得螺旋桨在水中工作时产生更小的湍流和阻力，从而提高推进效率和降低噪音。
二、船舶螺旋桨技术的优化方案1. 提高螺旋桨的材料和制造工艺船舶螺旋桨的材料和制造工艺对其性能有着直接的影响。
选择轻质、高强度的材料，并采用先进的制造工艺，可以提高螺旋桨的耐久性和抗腐蚀能力，同时降低螺旋桨的重量。
2. 优化螺旋桨的几何参数螺旋桨的几何参数是影响其推力和效率的重要因素。
通过调整螺旋桨的叶片数、叶片扭角、直径等几何参数，可以使螺旋桨在水中的工作更加有效，提高推进效率。
3. 运用可变螺距技术可变螺距技术可以根据船舶的速度和荷载情况自动调整螺旋桨的螺距，以提供最佳的推力和效率。
这一技术可以在不同工况下最大程度地利用螺旋桨的性能，提高船舶的能源利用效率。
4. 采用多螺旋桨系统多螺旋桨系统是一种将多个螺旋桨安装在船舶上的技术，通过相互配合和协同工作，可以提供更强的推力和精确的控制能力。
这种系统适用于大型船舶或需要高机动性的船只，可以显著提高船舶的操纵性和效率。
螺旋桨水动力、空泡和噪声性能预报方法研究
Key words: Propeller; Cavitation; Noise; Numerical Simulation
II
华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文
目
摘
录
要............................................................................................................. I
Investigation on the Numerical Simulation of Propeller Hydrodynamics、Cavitation and Noise
Candidate Major
: :
Wang Guodong Design and Construction of Naval Architecture and Ocean Structure Prof. Zhang Zhiguo
分 类 号 学校代码 10487
学号 M201071310 密级
硕士学位论文
螺旋桨水动力、空泡和噪声性能 预报方法研究
学位申请人： 王国栋 学 科 专 业 ： 船舶与海洋结构物设计制造 指 导 教 师 ： 张志国 教授 答 辩 日 期 ： 2013 年 2 月 1 日
A Dissertation Submitted in Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree of Master of En学 位 论 文
Abstract
The propeller is the most commonly used modern ship propulsion unit, so its performance of hydrodynamics is extremely important for ship. How to design a propeller with high propulsion efficiency, no cavitation or low noise pressure level is still a problem of great concern. In this paper, the development of propeller design and performance prediction methods was reviewed. Also the methods of MRF and dynamic mesh usual used for solving the Reynolds Average Navier-Stokes Equations (RANSE) in the flow field with propeller rotational movements were analyzed in this paper. The fundamental theory of numerical prediction of propeller performance in this paper is turbulence model, cavitation model and noise model. They were all introduced at first. The uncertainly analysis of numerical simulation was performed according to ITTC standard in the prediction of DTMB4119 propeller hydrodynamics. For the purpose of method investigation, the numerical simulation of open-water propeller performance at forward, back or crashback status was made in FLUENT software suits. The numerical results were of a great agreement with the model experimental results. The prediction of fluid dynamic interaction between propeller and the hull was a very important part of this paper. With a focus on fluctuating forces on the propeller, which may induce vibration, I computed the time history of forces and moments on different parts. The spectral analysis of the blade load time history showed the force had a strong peak at the blade frequency. From the detailed analysis of the propeller sheet cavitation, we confirmed that the Zwart and Sauer cavitation models can accurate prediction the cavitation size, shape and location on the blade. In addition, we could obtain the radiated noise through equations of FW-H. The field of noise was also reliable. Based on the results I obtained results with good agreement with model test results, and verified the accuracy using the numerical simulation method.
基于FLUENT的螺旋桨水动力性能研究
KTS
0.6
10KQ
0.5
10KQS
η 0.4
ηs 0.3
0.2
0.1
0 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9
进速系数 J
图 3 推力系数、扭矩系数、推进效率曲线对比图
表 2 计算结果与经验值的比较
进速 经验 计算值 误差 经验值 计算值 误差 系数 J 值 KT KTS % 10KQ 10KQS %
7.43c+01 7.06c+01 6.69c+01 3.32c+01 5.95c+01 5.58c+01 5.21c+01 4.84c+01 4.46c+01 4.09c+04 3.72c+01 3.35c+01 2.98c+01 2.61c+01 2.24c+01 1.87c+01 1.50c+01 1.13c+01 7.59c+00 3.88c+00 1.78c-01
叶梢处达到最小值，且压力由随边向导边逐渐增大，在导边处达到
最大；在吸力面，压力分布的主要特点是中间部分压力较小，导边
与随边处相对较大。如不考虑其他桨叶的影响，在吸力面上，压力
分布应该是由导边向随边逐渐减小的过程，但实际上由于相邻桨
图 2 螺旋桨桨叶与桨毂网格划分
叶间的相互干扰作用，而使此桨叶的吸力面的受力情况发生变化。
2 数值计算过程
2.1 数值计算区域的确定和网格划分
出口
外部流域 螺旋桨
入口
Y
X 0Z
旋转流域
图 1 螺旋桨三维流场图 在流场区域内在建立一个旋转区域，该区域直径取 1.2D，以 模拟螺旋桨旋转时附近流体的旋转。流场控制体其他区域为静止 区域。
基于改进体积力法的导管螺旋桨水动力性能数值研究
网络首发地址：https:///kcms2/detail/42.1755.TJ.20230703.1815.003.html期刊网址：引用格式：王浩天, 向巩, 袁在思, 等. 基于改进体积力法的导管螺旋桨水动力性能数值研究[J]. 中国舰船研究, 2023, 18(4):186–196.WANG H T, XIANG G, YUAN Z S, et al. Numerical study on hydrodynamic performance of ducted propeller based on improved body force model[J]. Chinese Journal of Ship Research, 2023, 18(4): 186–196.基于改进体积力法的导管螺旋桨水动力性能数值研究扫码阅读全文王浩天1，向巩*1,2,3,4，袁在思1，向先波1,3,41 华中科技大学 船舶与海洋工程学院，湖北 武汉 4300742 浙江大学 流体动力与机电系统国家重点实验室，浙江 杭州 3100273 华中科技大学 船舶和海洋水动力湖北省重点实验室，湖北 武汉 4300744 高新船舶与深海开发装备协同创新中心，上海 200240摘 要:［目的］旨在解决传统Goldstein 体积力法在导管螺旋桨水动力仿真中的适用局限性问题。
［方法］首先，基于机翼理论，分析导管水动力模拟失真的原因，并以质量流量和体积力分布模型为切入点，提出修正思想和方法；然后，采用RANS 方法探究经质量流量修正后的2种体积力分布模型的模拟精度。
［结果］结果显示，2种改进体积力法在敞水工况下其总推力系数的平均相对误差均为5%左右；在艇后工况下，前进合力的平均相对误差分别为1.8%和11.6%。
［结论］研究表明，基于改进体积力法的导管螺旋桨在敞水和艇后工况下的模拟精度较传统体积力法有较大的提升，能准确实现对导管螺旋桨水动力性能的数值模拟，可为水下航行器高效、动态的操纵性仿真奠定基础。
基于滑移网格与RNG湍流模型的螺旋桨水动力性能研究
２０ ０ ８年 １ ２月
中 国 海 洋 平 台
ＣＨ Ｉ ＮＡ ＦＦＳＨ ＯＲ Ｅ Ｏ ＰＬＡ ＴＦＯＲ Ｍ
Ｖｏ１２３ Ｎ ｏ ． ．６
Ｄｅ ． ， ００ ｅ ２ ８
文章 编 号 ：０ １ ５ ０ ２ ０ ） ６０ ０ —５ １ ０ － ０ （０ ８ ０ — ０ ８ ０ ４
ｅ ｐｅ ｉ ｅ ｎ ｅ ｃ ｄ ｔ ｒ ｃｓｏｎ ｄ ｍ ａ ｄ ｏｆｅ ｉ ｅ ｉ ｇ ａ ｌｃ ｔｏ ｘ ｒｍ ｎｔａ ｄ ｒ ａ ｈｅ ｈｅ ｐ ｅ ｉｉ ｅ ｎ ｎｇ ｎｅ ｒｎ ｐｐ ｉａ ｉ ｎ． Ｋｅ ｗｏ ｄ ｙ ｒ ｓ： ｐｒ ｐｅ ｌｒ；ｈｙ ｒ ｄ ａ ｉ ｅ ｆ ｒ ａ ｅ； ＦＬＵ ＥＮ Ｔ ； ｖ ｓ ｏ ｌ ｗ ； ｎ ｏ ｌｅ ｄ ｏ ｙｎ ｍ ｃ ｐ ｒ ｏ ｍ ｎｃ ｉ ｃ ｕｓ ｆｏ ｕｍ ｅ ｉａ ｒｃ ｌ ｓｍ ｕ ａ ｉｎ； ｓｉ ｎｇ ｍ ｅ ｈ ｉ ｌ ｔｏ ｌｄｉ ｓ
进速 系数 下桨 叶 的敞水 （ 即不计船 舶 尾流 影 响 ） 能 曲线 ， 算 结果 与 试 验 测量 值 作 了 比较 ， 对结 果 进 行 性 计 并 了分 析 。同时 ， 数值模 拟也 显示 出 了螺旋桨 桨 叶表面上 压力 以及速 度矢 量等 分布情 况 。
随着计 算机 技术 的推 广普及 和计算 方法 不断更 新 ， 算流 体 力学 （ Ｆ 技 术 取 得 了新 的 发展 。由于 数 计 Ｃ Ｄ）
值模 拟相 对于实 验研 究有很 独特 的优 点 ， 比如成 本低 ， 期 短 ， 周 能获 得 完 整 的数 据 ， 能模 拟 出实 际运 行 过程
中各 种所 测数据 状态 ， 目前 Ｃ Ｄ技 术在 工程领 域 已得 到 了广泛 的应 用 。 与物 理模 型 的试 验 研 究相 比 ， Ｆ 数值
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螺旋桨水动力性能研究进展
螺旋桨是船舶主要的推进装置，其水动力性能对船舶的燃油效率、航行速度、稳性等方面有重要影响。
因此，对螺旋桨的水动力性能进行研究一直是船舶学界的重要课题。
本文将介绍螺旋桨水动力性能研究的进展。
首先，利用数值模拟方法对螺旋桨的水动力性能进行研究已经成为一种常见的方法。
数值模拟方法可以模拟螺旋桨在不同荷载下的流场分布和力学特性，通过计算机模拟可以得到螺旋桨的性能参数，如推力、扭矩等。
近年来，人工智能技术的发展，特别是深度学习技术的应用，在螺旋桨水动力性能研究中也有不少应用。
例如，利用深度学习技术对螺旋桨的稳定性进行预测，能够更加准确地预测螺旋桨的运行情况，从而优化船舶的设计和运营管理。
其次，螺旋桨的气体影响是影响其水动力性能的一个重要因素。
螺旋桨在运行时产生的气泡和旋涡会对流场分布和力学特性产生影响。
为了更好地理解气体影响对螺旋桨性能的影响，研究人员开展了大量的实验研究。
例如，一些学者利用高速相机记录螺旋桨在水下运行时产生的气泡运动轨迹，通过分析气泡对螺旋桨的影响，进一步认识了螺旋桨的水动力性能。
此外，还有一些研究聚焦于改进螺旋桨的设计。
例如，利用三维打印技术制造具有不同形状的螺旋桨，能够更加准确地控制其流场分布和力学特性，从而进一步提升其水动力性能。
当前，螺旋桨水动力性能研究还面临着一些挑战和问题。
例如，
螺旋桨的复杂几何形状和运行条件使得数值模拟有时候难以准确预测其水动力性能。
此外，在实验研究中，螺旋桨运行时产生的气泡等对实验结果的精度也会产生一定的影响。
总体来看，螺旋桨水动力性能研究已经取得了一定的进展，这些研究为优化螺旋桨设计、提高船舶水动力性能等方面提供了一定的理论基础和技术支持。
未来，我们可以通过不断地深入研究和创新，进一步提升螺旋桨的水动力性能，为航行安全和经济效益做出更大的贡献。
本篇文章将列举一些航运行业的相关数据并进行分析，从中我们可以看出航运行业的当前状态，以及未来可能的趋势和发展方向。
首先是航运市场的运输量。
根据国际海事组织发布的数据，全球海运运输量在2019年达到了117亿吨，较2018年增长了
2.1%。
亚太地区是全球最大的海运市场，运输量达到58.5亿吨，其次是欧洲市场的40亿吨。
北美和南美的海运市场尽管
增长较慢，但其运输量也分别达到了9.5亿吨和2.8亿吨。
从
这些数据中，我们可以看出全球海运市场仍然在稳步增长的状态。
其次是船舶数量和容量。
根据国际航运协会发布的数据，2020年底，全球现役船舶数量为96625艘，总吨位为2.3347亿吨。
而2019年，这个数字分别为96274艘和2.2217亿吨。
从这些
数据中，我们可以看出船舶数量和总吨位在逐年增长，尤其是在亚太地区等新兴海运市场，船舶数量和总吨位的增长非常迅速。
再次是海运费用。
由于多种原因，包括新冠疫情的影响、
LNG贸易需求的增长等原因，2021年上半年全球海运市场的
运费不断攀升。
例如，从上海到洛杉矶的航线上，集装箱运费也随之攀升，2021年2月跃升至每个集装箱3000美元左右，
较去年同期上涨了80%。
这意味着航运市场供需关系出现趋紧，且运输成本和价格受到多重因素影响，而随着全球经济的回暖，这种趋势有可能会继续下去。
最后是航运行业面临的环保压力。
随着全球范围内环保意识的提高，多个国家和地区出台了对船舶排放的严格要求。
例如，国际海事组织将于2023年实施的新规定要求船舶的燃油含硫
量必须控制在0.5%以下。
为满足这些要求，航运公司不得不
投入巨资，采用更环保的船舶设计、燃料和技术，以降低排放。
此外，政策的推行和执行也在变得更加严格，一些船舶因为环保要求的不符合面临着严重的处罚和限制。
综上所述，航运市场的当前状态和未来走势还可以看出，在总体上来说，全球海运市场仍然在稳步增长，但也面临着多重压力和挑战，包括成本、环保、政策等。
因此，船运行业在未来的发展中需要充分考虑这些因素，并在不断创新技术和业务模式方面下功夫。
梅赛德斯与史密斯电气合作进行企业协作业务，采用Salesforce平台来加强未来合作领域，以提供更加高效的
智能服务。
这一合作案例具有很强的代表性，为我们展示了企业协作的重要性以及通过Salesforce平台来加强协作所带来的
巨大好处。
首先，企业协作是促进商业合作和人员间互动关系的一种方式。
其目的是为了使不同的企业拥有更好的互动平台，以协调业务、提高工作效率、缩短开发时间和降低成本等方面。
合作双方可以共同开展研究、开发新产品、制定营销策略，并且通过协作来提高竞争力和市场占有率。
其次，Salesforce平台在企业协作中扮演了重要的角色。
Salesforce平台可以帮助企业跨越组织边界进行更紧密的联系，协调不同企业间高效的工作流程，实现更好的协作。
此外，Salesforce平台凭借其强大的数据分析功能，可以提高数据共
享和数据价值的利用，为各级团队和合作伙伴提供更好的确定性和决策上的支持。
最后，梅赛德斯和史密斯电气的合作案例表明，合作的前提条件是双方需要共享相同的目标与共同的价值观。
通过合作，企业可以更好地发展和扩展自己的业务，更好地发挥各类技能和资源。
综上所述，企业协作和Salesforce平台的结合可以帮助企业大
幅度提升效率和业务水平，提升竞争力和提高市场占有率。
当然，这需要我国越来越多的企业意识到企业协作的重要性，通过跨界合作来推动互联网+相关行业的创新发展。
加强企业协作，共享资源和技能是我国数字经济发展的重要趋势，它可以在提高生产力和优化产业布局方面做出重要贡献。