螺旋桨三维建模与水动力数值分析
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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螺旋桨水动力性能的数值预报方法
√ ＋ （ ２ ｘ ｎ ｒ ）
（ ４ ）
定义压力系数
Ｃｐ＝
１
２
，
０
（ ５ ）
则桨叶面上的压力系数为
ｃ ＿ｌ ＿（
（ ６ ）
各面 元上 的压 力Ｐ 的作用方 向与该面 元 的外法 线方 向相 其形 状 ，一般有 线性尾 涡和 非线性 尾涡模 型 ，线性尾 涡不考 反，当求得Ｐ 后 ，可按下式求和计算螺旋桨的推力和扭矩 虑尾 涡 的变 形 ，将 其假 设为 定螺距 的螺旋 面 ，而非线 性尾 涡 根据 实验数 据和观 察结 果修 正尾涡 面 ，得 到变 螺距 的扭 曲的 尾涡面 。本节算例采用线性尾 涡模 型及面元分割…。 ｚ ∑Ｐ ， ｚ — Ｓ
１基本原理 考虑在速度 为Ｖ 。 的的无旋 、非粘性 、不可压缩 来流中 的任 意升力体 ，取 一外部控制 面将其封 闭在 内。如 图１ 所 示 ，流
去 喜 峙ｃ １
１
域 的边 界面 由物面ｓ ，尾 涡面ｓ ，和外边界面组 成，在该流域 中可 由扰动速 度 势来表 示升力 体 的扰 动 ，根据格林 公式 可导 出任意一场 点扰动势 。在边界面Ｓ 的每 一部分上 ，还应 满足如
１ ２ ｐ ＝ ｐ。十 ｐＬ 。 一
）
（ ３ ）
计算螺旋桨表面上 的压力 。式中Ｖ 是局部速度 ，Ｖ 。 是半径 ｒ 处叶剖面 的相对进流速度 。 图１流场 中的有升力体 对于定 常问题 ¨ ，尾涡面 的速度势跳跃在 同一半径 处是 常量 ， 由法 向偶 子分布 与涡 环分布 的等 价关 系可知 ，尾涡面 上 下速度 势相 减即 为尾涡 强度 。可在升 力体 的尾缘 处满足 库 塔条件 以确 定该尾 涡强度 。 ２基本方程 的数值解 法 将螺旋桨表 面和尾 涡面分成一系列小单元 ，并用双 曲面元 替代 每一单 元 这里在 弦 向和展 向分别 采用余 弦分割 ，螺 旋 桨尾 涡面 的形状 一般 是未知 的 ，但 在理 论分析 中必须 先确 定
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。
不同纵倾角螺旋桨三维建模及水动力性能分析
不同纵倾角螺旋桨三维建模及水动力性能分析裴海鹏;刘荣【摘要】螺旋桨是一种效率较高、结构简单的水下推进器,广泛应用于水下机器人的推进机构.为了优化螺旋桨的水动力性能,对螺旋桨纵倾角进行了研究.依据螺旋桨基本参数、各切面形状尺寸及坐标转换公式,计算出螺旋桨叶面型值点的空间坐标,并创建螺旋桨三维模型,对其建立流体计算域,再通过计算流体力学仿真C FD对螺旋桨的推力系数、转矩系数和敞水效率进行数值模拟.获得螺旋桨表面的压力分布情况,通过分析比较得出,螺旋桨纵倾角的改变对其敞水性能的影响较小,在主要参数中不占主导地位.【期刊名称】《杭州电子科技大学学报》【年(卷),期】2018(038)002【总页数】6页(P78-83)【关键词】螺旋桨纵倾角;三维建模;数值模拟;水动力性能【作者】裴海鹏;刘荣【作者单位】杭州电子科技大学机械工程学院,浙江杭州310018;杭州电子科技大学机械工程学院,浙江杭州310018【正文语种】中文【中图分类】U664.330 引言水下机器人是水下探索必不可少的设备，其动力核心是螺旋桨推进机构。
深入研究螺旋桨各参数的改变对其水动力性能的影响，对提高推进机构的敞水性能至关重要。
螺旋桨主要参数有螺距比、叶切面拱度、纵倾角等，有学者研究螺旋桨螺距变化对其水动力性能的影响，其研究表明增大螺旋桨的螺距比会使其推力、转矩和效率增大[1]；也有研究人员发现了轴所在的深度不同，螺旋桨的水动力性能也会有所差异[2]；还有学者在研究叶切面拱度后，得出了减小叶切面拱度会导致其转矩、推力变小，不过能够提高其抗空泡性能与敞水效率。
提高螺旋桨的性能仍是一个不断追求的过程，需要从各个方面进行深入研究。
查阅国内外大量文献并调研螺旋桨相关市场发现，目前对螺旋桨纵倾角研究少，但该参数不管是对其水动力性能还是对遥控无人潜水器(Remote Operated Vehicle，ROV)稳定运行都有一定的影响，对其研究分析是有必要的。
NACA0023三维机翼水动力性能数值分析
ＮＡＣＡ００２３三维机翼水动力性能数值分析姓名：学号：班级：一、问题的描述本节将模拟一剖面翼型为ＮＡＣＡ００２３的三维机翼在无限宽广水域中的流动情况，改变攻角本节涉及以下内容：1、三维非结构化网格的划分；2、三维稳态计算的设置方法；3、动画设置；4、后处理：压力云图、速度矢量图、速度等值线；５、观察机翼表面的流动以及尾流形状，分析其压力分布，计算其阻力和升力。
二、湍流模型湍流出现在速度变动的地方。
这种波动使得流体介质之间相互交换动量、能量和浓度变化，而且引起了数量的波动。
由于这种波动是小尺度且是高频率的，所以在实际工程计算中直接模拟的话对计算机的要求会很高。
实际上瞬时控制方程可能在时间上、空间上是均匀的，或者可以人为的改变尺度，这样修改后的方程耗费较少的计算机。
但是，修改后的方程可能包含有我们所不知的变量，湍流模型需要用已知变量来确定这些变量。
标准k-e模型最简单的完整湍流模型是两个方程的模型，要解两个变量，速度和长度尺度。
在FLUENT中，标准k-e模型自从被Launder and Spalding提出之后，就变成工程流场计算中主要的工具了。
适用范围广、经济、合理的精度，这就是为什么它在工业流场和热交换模拟中有如此广泛的应用了。
它是个半经验的公式，是从实验现象中总结出来的。
由于人们已经知道了k-e模型适用的范围，因此人们对它加以改造，出现了RNG k-e模型和带旋流修正k-e模型设定边界条件和初始条件求解模型。
三、Gambit建模１、翼型数据：翼型剖面：NACA0023弦长：550mm展弦比：2展长：550mm具体坐标数据点如图1所示X Y0 06.8750, 19.964913.7500, 19.964919.2500, 32.07827.5 37.472341.2500, 44.27455.0000, 49.3642110.0000, 60.4833165.0000, 63.2682220.0000, 61.1734275.0000, 55.8078330.0000, 48.1055385.0000, 38.6237440.0000, 27.652495.0000, 15.2614550.0000, 1.3283２、翼型的建模过程采用FLUENT的前处理器GAMBIT进行此三维机翼以及其计算域的建模和网格划分，其具体过程如下：按照翼型数据进行建模，以mm为单位进行建模，翼型数据点由NACA 翼型生成得到，然后做镜像处理。
螺旋桨水动力性能研究进展
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。
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。
螺旋桨流体力学特性的数值模拟研究
螺旋桨流体力学特性的数值模拟研究近年来，螺旋桨流体力学特性的数值模拟研究成为了流体力学领域的热点之一。
螺旋桨可以说是现代航空、航海、轮船、汽车等领域不可或缺的重要元件，其对流体的作用和流体对其的作用会影响整个系统的性能。
因此，准确地预测和优化螺旋桨的流体动力学特性对于提高其综合性能具有重要的意义。
数值模拟技术已经成为研究螺旋桨流体力学特性的一种重要方法。
将有限体积法等数值方法应用于计算完全三维流动场，结合螺旋桨的结构特征和作用机理，模拟螺旋桨流体动力学特性，可以有效地研究螺旋桨的流体动力学特性，并指导螺旋桨的设计和改进。
首先，从数值模拟的角度出发，数值模拟方法的选择是关键。
在螺旋桨数值模拟中，最常见的方法是有限体积法。
有限体积法是一种基于控制体积的数值方法，通过离散化计算区域内的控制体积，利用物理定律和数学方程式，求解时间和空间动态过程的一种方法。
这种方法与有限元法、有限差分法等数值方法相比，具有精度高、计算速度快、适应性强和易于并行计算等优点。
其次，螺旋桨的流体动力学特性与其几何形状、工作状态、物理特性等因素有关。
因此，在进行螺旋桨流体力学特性数值模拟时，需要考虑设计参数、流体流动状态、边界条件等因素。
设计参数包括螺旋桨的几何形状、叶片倾斜角、叶片数等参数。
流体流动状态包括流速、流动方向、压力等。
边界条件包括螺旋桨与周围环境的交界面流场状态。
最后，进行螺旋桨流体力学特性数值模拟时，需要注意诸如模型精度、计算步长、数值稳定性等细节问题。
模型精度包括计算网格、数值格式、求解器等方面的精度。
计算步长与收敛性密切相关，过大或过小都会影响计算的准确性。
数值稳定性是指计算过程中误差积累的情况，一般使用稳定化的数值格式来保证正确解的得到。
这些细节问题的正确处理对于保证数值模拟的精确性具有重要意义。
总之，螺旋桨的流体动力学特性的数值模拟研究是一项十分重要的研究内容。
通过合理地选择数值模拟方法、考虑螺旋桨几何形状、工作状态、物理特性等影响因素、并注意模型精度、计算步长、数值稳定性等诸多细节问题，可以更好地预测和优化螺旋桨的流体动力学特性，提高螺旋桨的综合性能。
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矿产资源开发利用方案编写内容要求及审查大纲
矿产资源开发利用方案编写内容要求及《矿产资源开发利用方案》审查大纲一、概述
㈠矿区位置、隶属关系和企业性质。
如为改扩建矿山, 应说明矿山现状、
特点及存在的主要问题。
㈡编制依据
(1简述项目前期工作进展情况及与有关方面对项目的意向性协议情况。
(2 列出开发利用方案编制所依据的主要基础性资料的名称。
如经储量管理部门认定的矿区地质勘探报告、选矿试验报告、加工利用试验报告、工程地质初评资料、矿区水文资料和供水资料等。
对改、扩建矿山应有生产实际资料, 如矿山总平面现状图、矿床开拓系统图、采场现状图和主要采选设备清单等。
二、矿产品需求现状和预测
㈠该矿产在国内需求情况和市场供应情况
1、矿产品现状及加工利用趋向。
2、国内近、远期的需求量及主要销向预测。
㈡产品价格分析
1、国内矿产品价格现状。
2、矿产品价格稳定性及变化趋势。
三、矿产资源概况
㈠矿区总体概况
1、矿区总体规划情况。
2、矿区矿产资源概况。
3、该设计与矿区总体开发的关系。
㈡该设计项目的资源概况
1、矿床地质及构造特征。
2、矿床开采技术条件及水文地质条件。