螺旋桨水动力性能数值预报可信度参数标准化研究.pdf

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1、第45卷船海工程Vo1．452016年12月SHIP&OCEANENGINEERINGDec．2016DOI：10．3963／j．issn．1671—7953．2016．S1．004螺旋桨水动力性能数值预报可信度参数标准化研究赵大刚，郭春雨，阚梓，吴铁成(哈尔滨工程大学船舶工程学院，哈尔滨150001)摘要：针对螺旋桨几何模型的复杂性和流场的不确定性，从螺旋桨几何模型的建立和流场仿真参数的选取等方面搜寻典型影响因素，研究部分典型影响因素对数值计算的影响。通过计算结果的分析整理，总结螺旋桨伴流场数值模拟中

2、至关重要的影响参数，拟初步形成一些标准的固定化计算建议，尝试提出部分针对数值计算典型参数的建议方案，为CFD在我国船舶推进领域的发展提供帮助。关键词：螺旋桨；计算流体力学；不确定度；湍流模型；边界层中图分类号：U661．3文献标志码：A文章编号：1671_7953(2016)S1430144)4螺旋桨是目前应用最广泛的推进器，是船舶模型对CFD不确定度的影响；吴宝山评定了数推进研究的主要对象。用CFD方法研究螺旋桨值计算不确定度的评定方法，对如何将CFD不确水动力特性其结果的可信程度，是船舶推进研究定度

3、分析与船舶CFD实际应用相结合的问题给学者日益关心的问题。边界条件的数值处理方出了初步建议；黄胜、马峥等研究了不同湍流法、湍流模型的选取、Y值的确定、网格的疏密与模型对螺旋桨计算的影响；周振龙等对螺旋桨分布、非定常问题的时间项离散格式等都可能产CFD不确定度进行分析，并研究了叶形对桨叶变生误差，直接影响CFD方法的可信度、结果的可形的影响。他们面对的共同问题都是没有确定的靠性和对实际问题的可用性。国际拖曳水池会议计算标准和规范化的计算流程，在船舶推进方面(ITYC)给出了CFD模拟的不确定度分析的一般不

4、确定度的研究和计算标准的提出是有深远意义方法和过程范例1-2]，ITYC推荐的CFD不确定度和实用价值的。分析方法和规程建立在严格的数学基础上，有较本文选取三种不同形式的螺旋桨，研究计算完备的理论体系，但是一直没有一套规范、完整的域大小、计算网格、边界层数，以及湍流模型对螺CFD计算规程和标准。旋桨宏观力、绕流场、压力分布，以及涡结构等性为了保证CFD计算的精度和结果的可靠性，能等的影响，并按照ITTC推荐规程对网格的计算国内外相关技术人员都曾开展了细致的研究工精度进行了不确定度分析，尝试着提出了针对螺

5、作，但缺少对数值结果的有效性评定，即未对螺旋旋桨水动力性能数值预报可信度参数标准化的建桨敞水性能的不确定度进行验证和确认。Bal—议方案。tazar_3和RijpkemaE4等对不同形式的螺旋桨开展过相应的CFD不确定度分析的研究；杨仁友等1研究对象基于ITFC推荐的CFD不确定度分析规程对某螺为了能够获得，选取三种不同形式的螺旋桨旋桨敞水性能数值计算结果进行了不确定度分模型进行研究，相应参数见表1。析，分析了SSTk-oJ和RNG．两种不同的湍流表1PBC1螺旋桨的几何要素收稿日期：2016—03—2

6、4修回日期：2016—07—25基金项目：国家自然科学基金面上项目(51379043)；国家自然科学基金青年基金(51409063)第一作者简介：赵大刚(1986一)，男，讲师研究方向：船舶推进技术与节能其中，PBC1和P4119螺旋桨有敞水试验值，E-mail：zhaodagang@hrbeu．edu．cn以便对数值计算结果进行比较。根据以往的计算142016F赵大刚等：螺旋桨水动力性能数值预报可信度参数标准化研究船海工程l2月，第45卷经验，先选择SSTk-to湍流模型来进行数值计算，圆柱体，直径约

7、为螺旋桨直径的8倍，进口处和出然后探讨不同的湍流模型对螺旋桨敞水性能数值口处距离螺旋桨中心分别是3．5D和12D。其中，计算精度的影响。桨域是一个包含螺旋桨的小控制域。计算域2直径约为螺旋桨直径的7倍，进口处和出口处距离2计算域的大小对计算精度的影响螺旋桨中心分别是3D和10D，计算域3直径约为以PBCI桨(4叶桨)为研究对象，设定三种螺旋桨直径的6倍，进口处和出口处距离螺旋桨大小的计算域，计算域1是一个与螺旋桨同轴的中心分别是2D和8D。结果见表2。表2不同计算域下的螺旋桨k和k比较随后又以KP505

8、桨(5叶桨)和P41l9(3叶应用SRAR—CCM+软件对三种网格进行了桨)为对象，计算了三种不同大小的计算域下的计算，为保证单一变量原则，除网格数量外其他设k。和k计算结果与PBC1桨大致相同。从计算置均相同。同时，应用Tecplot进行计算数据处结果可以看}fJ，计算域的大小对螺旋桨水动力性理，压力云图见图2。能的影响可以忽略不计，而且与桨叶数无关。3网格数对计算精度的影响以三个桨为研究对象，计算了在不同网格数量的下螺旋桨水动力性能。应