螺旋桨敞水性能预报
螺旋桨定常性能面元法预报教学系统开发
ISSN 1002-4956 CN11-2034/T实验技术与管理Experimental Technology and Management第37卷第11期 2020年1丨月 Vol.37 No. 11 Nov. 2020
DOI: 10.16791/ki.sjg.2020.11.045
螺旋桨定常性能面元法预报教学系统开发
王超，赵雷明，曾特殊，郭春雨
(哈尔滨工程大学船舶工程学院，黑龙江哈尔滨 150001)
摘要：为了便于'开展螺旋桨性能预报的教学丁作，使之在理论教学的基础上变得形象直观，基于Fortran程序 开发了此螺旋桨定常性能面元法预报软件，主要包括前处理.求解和导出报告三个阶段的内容通过具体类型的 螺旋桨在软件中的汁算分析，详细展示了螺旋桨性能预报的求解过程，给出预报结果这对于帮助学生将理论与 实践相结合学习，培养学生的学习兴趣，提高其科研能力起着积极的作用，关键词：螺旋桨性能预报；面元法；仿真处理；实验教学中图分类号：U66I 文献标识码：A 文章编号：1002-4956(2020)11-0213-05
Development of panel method prediction teaching
system for propeller steady performance
WANG Chao, ZHAO Leiming, ZENG Teshu, GUO Chunyu
(College of Shipbuilding Engineering, Harbin Engineering University, Harbin 150001, China)
Abstract: In order to facilitate the teaching of propeller perfonnance prediction and make it more intuitive on the basis of theoretical teaching, a panel method prediction software for propeller steady performance is developed based on Fortran program, which mainly includes the three stages of preprocessing, solving and exporting reports. Through the calculation and analysis of specific types of propellers in the software, the solving process of propeller performance prediction is shown in detail, and the prediction results are presented, which plays a positive role in helping students to combine theory with practice, cultivate their interest in learning and improve their scientific research ability.Key words: propeller performance prediction; panel method; simulation processing; experimental teaching
不同工况下的对转桨性能预报及非同步对转桨性能研究
不同工况下的对转桨性能预报及非同步对转桨性能研究
近年来,随着能源消耗的日益加剧及人们环保意识的提高,广大科研工作者对各种高效推进装置的研究热情也逐渐高涨起来,其中对转螺旋桨凭借其优异的性能吸引了越来越多的研究者的关注。本文利用CFD方法研究对转桨的水动力性能,利用Star-CCM+的滑移网格功能模拟计算对转桨敞水性能,并将模拟结果与实验数据对比,验证了用Star-CCM+研究本课题的精度。
为了充分了解对转桨和其他组合形式的桨的优劣,本文将组成对转桨的两个桨并列放置,研究旋向相反的螺旋桨推进性能受螺旋桨间距的影响,并将之与对转桨的性能进行对比,论证了对转桨水动力性能的优势。船舶在在浅水航道上航行时,由于水深较浅,因此对转桨可能受到水底的影响;此外,随着对转桨在内河船领域的应用,对转桨在小浸深工况下工作的情况也越来越多,对转桨又有可能受到自由液面的影响。
针对此情况本文首先研究了水底对对转桨的水动力性能的影响,并对对转桨后的尾流场进行了分析探讨。在研究对转螺旋桨受自由液面的影响时,由于存在气液两相流的问题,所以正确模拟自由表面对如实模拟粘性绕流场十分重要。
为了精确地模拟自由波面,本文采用能有效处理复杂几何体及波浪破碎的影响的VOF(Volume of Fluid)法,很好的预报了对转桨在受自由液面影响时的水动力性能。随着造船技术的进步,对转桨在船舶上的应用情况多种多样。
例如对转桨应用于CRP吊舱时,要考虑吊舱转动时所需要的空间,因此不同情况下对转桨的前后桨间距并不一定相等。为了研究对转桨不同应用情况下的水动力性能,本文对对转桨不同间距时的水动力性能进行了模拟预报。
传统的对转桨前后桨的转速一般都相等,而前后桨转速不同的非同步对转桨鲜有研究资料的出现,针对此种情况,本文改变对转桨前后桨的转速,将其变为非同步对转桨,初步研究了其水动力性能,为了今后国内同类型课题的研究做了一些尝试。
CFD敞水螺旋桨性能计算分析
CFD敞水螺旋桨性能计算分析
缪宁跃;孙江龙
【摘 要】根据螺旋桨的投影原理及其型值参数,建立螺旋桨的三维模型.基于计算流体动力学(CFD)理论和CFD商业软件进行研究,采用分区混合网格力案和动网格技术及旋转坐标(MRF)方法,结合RANS方程和RNG湍流模型对螺旋桨三维粘性流动进行数值模拟,得到该螺旋桨的推力及其转矩.经与试验结果比较分析,证实该方法能实现对螺旋桨的敞水粘性流场模拟,预报其敞水性能.%According to projection
theory and curved-surface offsets, a 3D geometry model of propeller was
built. Based on computational fluid dynamics (CFD) method, the sub-domains hybrid meshes method,the dynamic meshes method and the
moving reference frame(MRF) method were adopted to simulate the
hydrodynamic performance of propeller in open-water by using the
Reynolds-Averaged NavierStokes (RANS) equation and RNG turbulence
models. Thrust and torque of the propeller in open water were obtained
and compared with experimental results. The results show the proposed
method can achieve the numerical prediction of hydrodynamic
导管螺旋桨敞水性能数值计算方法研究
导管螺旋桨敞水性能数值计算方法研究
吴湘荣;王永生;蒋超
【摘 要】为实现快速预报导管螺旋桨敞水性能曲线，利用 CFD流体计算软件对导管螺旋桨敞水试验进行数值模拟。将计算结果绘制成的敞水性能曲线与实验结果进行比较，并对导管螺旋桨的敞水性能进行分析，验证数值模拟计算方法的可行性与准确性。分析螺旋桨敞水工作时的推力、力矩及敞水效率的变化特点发现，随着进速的增大，导管产生的推力不断减小并在高航速下转化为阻力。研究该导管桨在系泊工况下的敞水性能指标，对系泊工况边界条件的设置进行改进。%In order to
predict the open-water performance of ducted propeller quickly the CFD
software was used to simulate the open-water experiment of ducted
propeller. According to the results of calculation, the open-water
performance curves were drawn and compared with the results of
experiment. The open-water performance according to the results was
analyzedand it's feasibility and accuracy were verified. The parameters of
propeller in open-water is analyzed which including thrusttorque and
open-water efficiency. The thrust of the duct decreased with the increase
of the propeller’s velocity. And the performance index of the ducted
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AV的变化范围应从0AV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（rs）、前进速度AV（ms）、推力0T（N）、扭矩Q（Nm）。
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
实际车速
VAm 实际转速
nm (r/s) 推力Tm
（kgf） 扭矩Qm（kgf.m） 进速系数推力系数KT 扭矩系数KQ 效率η0 (m/s)
J
0
30.950 6.875 0.097 0.000 0.370 0.444 0.000
0.365
30.980 6.375 0.093 0.100 0.343 0.425 0.129
0.728
30.970 5.750 0.086 0.200 0.309 0.393 0.250
1.091
30.990 5.100 0.080 0.300 0.274 0.366 0.357
1.451
31.010 4.425 0.073 0.398 0.237 0.333 0.451
1.844
30.950 3.538 0.063 0.507 0.190 0.289 0.533
2.204
30.850 2.600 0.051 0.608 0.141 0.235 0.580
CFD在计算船舶螺旋桨敞水性能中的应用研究
现代制造工程
2010年第
4期试验研究
CFD在计算船舶螺旋桨敞水性能中的应用研究3
刘丹
,陈凤馨
(南京工业大学机械与动力工程学院
,南京
210009)
摘要
:对流场中螺旋桨的敞水性能进行研究。利用
Pro/E软件对螺旋桨进行三维建模
,通过剖面坐标转换绘出桨叶的剖
面型线
,利用创建实体功能得到螺旋桨实体模型。用
CFD软件对螺旋桨在不同进速系数下的推力系数、转矩系数以及
推进效率进行模拟
,并且对三种湍流模型的计算结果进行比较分析。对采用
Fluent软件计算螺旋桨敞水性能的过程进
行详细介绍
,并给出敞水性能曲线的计算结果。与试验结果的比较分析表明
,数值模拟的结果可以满足工程应用要求。
关键词
:CFD软件
;螺旋桨
;敞水性能
;三维建模
中图分类号
:TP391 文献标识码
:A 文章编号
:1671—
3133(
2010)
04—
0018—
04
ApplicationresearchofCFDaboutcalculationof
propelleropenwaterperformance
LIUDan,CHENFeng2
xin
(
NanjingUniversityofTechnology,Nanjing210009,China)
Abstract:Studiedtheopenwaterperformanceofpropellerintheflowfields.Three2
dimensionalmodelwasbuiltforpropellerby
thePro/E,theprofilelineofbladeisdescribedbasedoncoordinatetransformation,inaddition,byusingtheentityfunction,the
solidmodelofpropellerwascreated.Underdifferentadvancecoefficients,thethrustcoefficient,torquecoefficientandpropulsive
第4章 螺旋桨模型的敞水试验
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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VA、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 = f1(D，n，VA，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 D a n b cAV ρ d ν e g f (4-1)
螺旋桨敞水效率
螺旋桨敞水效率
是指螺旋桨在无任何阻力的情况下，能够把飞机向前推进的能力。越高，飞机就能以更快的速度飞行，同时也能节省燃料。
受到许多因素的影响，其中包括螺旋桨的设计、材料、质量、转速等。通常，一台好的螺旋桨需要具备以下特点：
1. 较高的密度：密度越高，螺旋桨越重，能够更有效地推进飞机。
2. 良好的气动特性：螺旋桨的形状和飞机的设计应该协同工作，以产生最小的阻力，并且提高推力。
3. 高品质的材料：螺旋桨由复材材料制成，这种材料不仅能够保证螺旋桨的耐用性，更能减轻螺旋桨的重量，提高敞水效率。
4. 合理的转速：螺旋桨的转速是影响效率的关键因素之一。转速太低，推力不足；转速太高，耗能过大，影响效率。
总的来说，的高低直接影响到飞机的性能。使用高效的螺旋桨可以使飞机飞行更远、更快、更节约燃料，为飞行安全提供保障。
敞水实验报告
船模与渔具水动力实验室
桨模敞水试验报告
姓 名：
专 业：
班 级：
所属课程：
试验日期：
同 组 者：
年 月 日
船模与渔具水动力实验室
螺旋桨模型基本信息
模型浆编号 ：
形 式 ：
直径 D(mm)：
螺距比 P/D ：
盘面比Ae/Ao：
叶 数Z：
叶 厚 比 ：
毂 径 比 ：
后 倾 角 ：
最大叶宽比 ：
旋 向 ： 一、螺旋桨敞水性特征计算表
模型编号__________________________模型直径D__________________________叶厚分数t0/D__________________________水温__________________________
试验编号__________________________盘面比Ae/Ao ________________________毂径比db/D ___________________________ 密度ρ________________________
比例尺λ__________________________ 螺距比 P/D _________________________叶 数Z ____________________________日期___________________________
次
数 ⑴ ⑵ ⑶ ⑷ ⑸ ⑹ ⑺ ⑻ ⑼ ⑽ ⑾ ⑿ ⒀ ⒁
实际转数n 实际速度 nD J=v/nD 推力T 桨收到扭矩Q n2 ρn2D4 ρn2D5 KT=T/ρn2D4 KQ=Q/ρn2D5 KT/KQ J/2π ηo＝KTJP/KQ2π
r/s m/s kg kg/cm ⑸/⑻ ⑹/⑼ ⑽/⑾ ⑷/2π
1
2