螺旋桨四象限水动力性能数值计算

四象 限水 动 力 性 能 研 究 打 下 了基 础 。
关 键 词 ：Ｂ系列 螺 旋 桨 ；四 象 限 ；水 动 力 性 能 ；数 值 模 拟
中 图分 类号 ：Ｕ６６１．３１ ３；Ｕ６６４．３３
文献 标 志 码 ：Ａ
Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ Ｆｏｕｒ－Ｑｕａｄｒａｎｔ Ｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃ
１ ＣＦＤ计 算 模 型 与计 算 策 略
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｏｕｒ－ｑｕａｄｒａｎｔ ｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｏｐｅｎ－ｗａｔｅｒ ｐｒｏｐｅｌｌｅｒｓ ｉｓ ａ ｈｏｔｓｐｏｔ ｉｎ ｔｈｅ ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｐｒｏｐｅｌｌｅｒ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ． Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｅｒｅ ｈａｓ ｎｏｔ ｂｅｅｎ ｍｕｃｈ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｗｏｒｋ ｏｎ ｔｈｅ ｆｏｕｒ－ｑｕａｄｒａｎｔ ｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃ ｐｅｒｆｏｒｍ— ａｎｔｅ ｏｆ ｐｒｏｐｅｌｌｅｒｓ ｐｕｂｌｉｓｈｅｄ． Ｔｈｒｏｕｇｈ ｓｏｌｖｉｎｇ ＲＡ Ｎ Ｓ ｅｑｕａｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｕｓｉｎｇ ＣＦＤ ｓｏｆｔｗ ａｒｅ Ｆｌｕｅｎｔ，ＣＦＤ ｎｕｍ ｅｒｉｃａｌ ｓｉｍ ｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ Ｍ ＡＲＩＮ ｓｅｒｉｅｓ Ｂ ｐｒｏｐｅｌｌｅｒ ｉｓ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ ｔｏ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅ ｉｔｓ ｏｐｅｎ－ｗａｔｅｒ ｆｏｕｒ－ｑｕａｄｒａｎｔ ｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ．Ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ａｒｅ ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｔｅｓｔ—ｇｒａｐｈ ｒｅｓｕｌｔｓ ｔｏ ｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｖａｌｉｄｉｔｙ ｏｆ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｓｔｒａｔｅｇｙ． Ｔｈｉｓ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｍａｙ ｉｎｓｐｉｒｅ ｆｕｒｔｈｅｒ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｔｈｅ ｆｏｕｒ－ｑｕａｄｒａｎｔ ｈｙｄｒｏｄｙｎａｍ ｉｃ ｐｅｒｆｏｒｍ ａｎｃｅ ｏｆ ｐｒｏｐｅｌｌｅｒｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｍ ＡＲＩＮ ｓｅｒｉｅｓ Ｂ ｐｒｏｐｅｌｌｅｒ；ｆｏｕｒ－ｑｕａｄｒａｎｔ；ｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ；ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍ ｕｌａｔｉｏｎ
兰 ＭＡＲＩＮ 船 模 水 池 Ｂ系列 螺 旋 桨 的 敞水 四象 限水 动 力 性 能进 行 ＣＦＤ数 值 模 拟 ；同 时 ，将 数 值 模 拟 结 果 与 Ｂ系 列
螺 旋 桨 敞水 四象 限试 验 图谱 进 行 比较 。结 果 表 明 ，计 算 误 差 较 小 ，验 证 了计 算 策 略 的 正 确 性 ，也 为 后 续 进 行 螺 旋 桨
０ 引 言
敞水桨 四象 限（前进 中正 车 、前 进 中倒车 、后退 中正 车 、后退 中倒 车 ）水动 力性 能 数 值模 拟 是 当前 螺旋 桨 计 算流 体力学 （Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ Ｆｌｕｉｄ Ｄｙｎａｍｉｃｓ，ＣＦＤ）研究 热 点 ，但 目前 相关 研 究 较 少 。 由于螺 旋 桨 四象 限 动 态模 型领域 在表 达上 有 困难 ，因此迄今 为止 船舶 运动 仿真 一般 仅 限于前 向 ，即第一 象 限 内的航行 。螺 旋 桨 在 反转 和反 向制动 时将 进入推 力 和扭矩 的第 二象 限 ，而 在船 舶倒 航时 将进 入第 三象 限 ，这 超 出 了一 般螺 旋 桨 图谱 的表达范 围 ，为螺旋 桨逆转 工况 下 的运动 仿真 带来 了一定 的困难 。进 行 敞水 桨 四象 限水 动 力 性 能研 究 不仅具有诸多理论意义 ，而且是解决诸多舰船操纵性和速航性课题（离靠泊 、舰船避碰 、各种特殊机动）的关 键所 在Ｌ１ ］。在该 背景 下 ，选取 ＭＡＲＩＮ Ｂ系列 螺旋 桨 中有代 表性 的螺 距 比 Ｐ／Ｄ＝１．０、盘 面 比 Ａ ／Ａｏ一０．７ 的 四叶桨 Ｂ４—７０１０，对 其 敞水 四象 限水 动力 性 能进行 数值 模拟 ，并将 分析 后 的结果 与 Ｂ系列 螺旋 桨 敞水 四象
Ｐｅｒｆｏｒｍ ａｎｃｅ ｏｆ Ｐｒｏｐｅｌｌｅｒ
ＺＨＡ ＮＧ Ｗ ｅｎｃａｎ， ＤＯＮ Ｇ Ｇｕｏｘｉａｎｇ ， ＣＨ ＥＮ Ｗ ｅｉｍｉｎ， Ｄ Ｕ Ｙｕｎｌｏｎｇ ， ＲＥＮ Ｈ ａｉｋｕｉ （Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｓａｆｅｔｙ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｓｈｉｐ ＆ Ｓｈｉｐｐｉｎｇ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２００１３５，Ｃｈｉｎａ）
第 ３９卷 第 １期 ２０１６年 ３月
上 海 船 舶 运 输 科 学 研 究 所 学 报 Ｊ０ｕＲＮＡＬ ＯＦ ＳＨＡＮＧＨＡＩ ＳＨＩＰ ＡＮＤ ＳＨＩＰＰＩＮＧ ＲＥＳＥＡＲＣＨ ＩＮＳＴＩＴＵＴＥ
Ｖｏ１．３９ Ｎｏ．１ Ｍａｒ．２０１６
文 章 编 号 ：１６７４—５９４９（２０１６）０１—００１—０７
螺 旋 桨 四象 限水 动 力性 能 数值 计 算
张 文璨 ， 董 国祥 ， 陈伟 民 ， 杜 云龙 ， 任 海奎
（上海船 舶运 输科 学研 究所 航 运技 术 与安 全 国家重 点 实验 室 ，上 海 ２００１３５）
摘 要 ：采 用 求 解 ＲＡＮＳ方 程 的 方 法并 运 用计 算 流 体力 学 （Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ Ｆｌｕｉｄ Ｄｙｎａｍｉｃｓ，ＣＦＤ）软 件 Ｆｌｕｅｎｔ，对 荷
收 稿 日期 ：２０１５—０７—３１ 作者简介 ：张文璨 （１９９Ｏ一 ），男 ，辽宁沈阳人 ，硕士生 ，主要 从事船舶推进器水动力性能研究 。
２
上 海 船 舶 运 输 科 学 研 究 所 学 报
Fra Baidu bibliotek
２０１６年 第 １期
限试验 图谱 进行 对 比 。结 果表 明 ：计算值 与图谱值 有 较高 的贴 合性 ，采取 的计 算策 略是 成功 的 。