基于CFD的螺旋槳定常水動力性能預(yù)報精度研究

鄭小龍，黃 勝，王 超

(哈爾濱工程大學(xué) 船舶工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱150001)

0 引 言

隨著計算機技術(shù)的推廣與普及，計算流體力學(xué)(CFD)技術(shù)得到了蓬勃發(fā)展，這使得通過計算機模擬仿真獲得粘性流場信息成為可能，也為螺旋槳水動力性能的研究開辟了新的途徑。近年來，國內(nèi)外有眾多學(xué)者開展了采用RANS 方程數(shù)值求解螺旋槳敞水性能的研究，如何提高CFD 方法對螺旋槳粘性流場的預(yù)報精度成為了國際學(xué)術(shù)界的一個研究熱點。一般來講，影響預(yù)報精確度的因素主要有2個:一是流場的建模與網(wǎng)格劃分;二是湍流模型的選取及求解參數(shù)的設(shè)置。RHEE 等［4］以非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格為基礎(chǔ)，結(jié)合RANS 方程和k－ω 湍流模型對五葉槳的敞水性能進行了計算，所得推力和轉(zhuǎn)矩系數(shù)與試驗值誤差相對較大。蔡榮泉［6］等采用四面體網(wǎng)格模型在均勻流中對五葉側(cè)斜反彎曲扭槳進行計算，所得的推力和扭矩誤差最大達到了10%。對于流動問題，并沒有一種湍流模型全部適用。本研究對同一螺旋槳建立2 套網(wǎng)格模型(結(jié)構(gòu)與非結(jié)構(gòu)化)，采用RANS 方法結(jié)合3 種不同湍流模型對均勻流中螺旋槳的敞水性能進行計算，將結(jié)果與螺旋槳模型的試驗值［5］進行比較，并分析螺旋槳表面壓力分布及槳后尾流情況，以獲得針對螺旋槳水動力計算的最佳方案。

1 數(shù)學(xué)模型與計算方法

螺旋槳保持一定的轉(zhuǎn)速在均勻流體中旋轉(zhuǎn)，可視作螺旋槳模型在軸向靜止，假定其周向水域旋轉(zhuǎn)，而螺旋槳與之保持相對靜止。……