基于粘流势流耦合的螺旋桨性能预报方法研究

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1、分类号：U664.33密级：公开UDC：627编号：S201570104SS中国舰船研究院硕士学位论文基于粘流/势流耦合的螺旋桨性能预报方法研究作者：黄璐指导老师：陈立研究员学科专业：船舶与海洋结构物设计制造中国舰船研究设计中心二○一五年一月分类号：U664.33密级：公开UDC：627编号：S201570104S硕士学位论文基于粘流/势流耦合的螺旋桨性能预报方法研究viscous/potentialcouplingmethodforthepredictionofpropellerperforma

2、nce指导教师姓名：陈立职称：研究员学位申请人姓名：黄璐申请学位级别：工学硕士专业名称：船舶与海洋结构物设计制造研究方向：舰船水动力学论文提交时间：2015年1月培养单位：中国舰船研究设计中心学位授予单位：中国舰船研究院学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文所有研究工作，均在导师指导下由作者本人独立完成。引用的有关观点、方法、数据和文献已在论文中注明，并与参考文献对应。除论文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其它个人或集体已经公开发表的研究成果。对本文研究做出任何贡献的个人和集体，均已在论文中

3、以明确方式注明并表示感谢。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权声明中国舰船研究院和中国舰船研究设计中心有权保存本人呈交的学位论文复印件及电子版，有权向国家有关部门或机构送交论文复印件及电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权中国舰船研究院和中国舰船研究设计中心可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描手段保存或汇编本论文。本学位论文属于：公开内部□秘密□，在年解密后适用于本授权书。学位论文作者签名：导师签名：日期：年月日日期：年月日中国舰船研究院

4、硕士学位论文摘要螺旋桨数值模拟的主要研究方法有势流方法、粘流方法。势流方法发展的较为成熟，在螺旋桨的设计和预报工作中多有应用。粘流方法也已经广泛的应用到螺旋桨性能预报如空泡性能、噪声性能等方面。两种方法各有利弊，势流方法未能考虑流体粘性，但计算速度快；粘流方法能捕捉流场精细结构，但计算耗时。本文尝试结合两方法优点，探究粘流/势流耦合方法在螺旋桨性能预报上的应用。本文首先采用面元法进行了螺旋桨水动力性能的势流预报，预报时采用不同尾涡模型进行计算，分析了表面压力和径向环量分布，并讨论了线性尾涡模型和收

5、缩尾涡模型对预报精度的影响。考虑到势流方法无法预报螺旋桨周围流场的精细结构，采用CFD商业软件Fluent进行了螺旋桨水动力性能粘性流预报，计算精度较高。同时，还分析了螺旋桨桨盘面处轴向、周向、径向的速度分布及桨后流场的涡量分布。该部分工作为后续螺旋桨尾涡模型的构建和各预报方法精度的对比分析做好了准备。粘流/势流耦合方法中势流计算所采用的尾涡模型需要根据粘性流预报的结果提取。所以本文首先基于螺旋桨水动力性能粘性流预报的结果，采用后处理软件提取尾流场主要参数，并用数据分析软件进行回归分析，拟合出无侧

6、斜桨、带侧斜桨和考虑空泡影响的尾涡模型数学表达式。其次，采用新构建的尾涡模型对敞水性能和桨叶表面压力分布进行了验证计算，计算结果与模型试验吻合较好，验证了粘/势耦合方法的可行性。同时，还针对粘性修正对转矩系数的影响进行了相关的讨论。最后对比分析了势流方法、粘流方法及粘流/势流耦合方法的计算精度，并给出了预报方法和尾涡模型的选择建议。关键词：螺旋桨；粘流/势流耦合；尾涡模型；面元法；粘流法I基于粘流/势流耦合的螺旋桨性能预报方法研究ABSTRACTThemainresearchmethodofpro

7、pellernumericalsimulationincludespotentialflowmethodandviscousflowmethod.Thepotentialflowmethodhasdevelopedrelativelycompletely.Ithasbeenwidelyusedinthepropellerdesignandperformanceprediction.Also,theviscousflowmethodhasbeenusedtopredictthecavitationa

8、ndnoise.Thesetwomethodsbothhaveadvantagesanddisadvantages.Thepotentialflowmethodfailedtoconsiderthefluidviscosity,butitscomputationspeedisfast.Theviscousflowmethodcancapturetheflowfieldclearly,butitcalculatesquitetime-consuming.Thispapercombin