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考虑诱导速度的螺旋桨敞水性能cfd模拟-海洋工程
第３２卷第３期 海 洋 工 程 Ｖｏｌ.３２ Ｎｏ.３ ２０１４年５月 ＴＨＥ ＯＣＥＡＮ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ Ｍａｙ２０１４ 文章编号:１００５￣９８６５(２０１４)０３￣００７２￣０６ 考虑诱导速度的螺旋桨敞水性能ＣＦＤ模拟 赵 辰ꎬ杨晨俊 (上海交通大学 海洋工程国家重点实验室ꎬ上海 ２００２４０) 摘 要:螺旋桨工作时在其周围形成诱导速度场ꎬ诱导速度随到桨叶距离的增大而衰减ꎮ 采用ＣＦＤ方法模拟螺旋桨敞水性能 时ꎬ只能截取有限尺度的流域进行计算ꎬ此时计算域边界上诱导速度并不为零ꎬ将进口速度设为进速是近似的ꎮ 一般采用足 够大的计算域ꎬ使螺旋桨前方及侧面边界尽量远离桨叶ꎮ 为了在较小的计算域中实现螺旋桨敞水性能的准确预报ꎬ提出在设 定进口速度时计入螺旋桨诱导速度的ＣＦＤ模拟方法ꎮ 应用升力面方法计算诱导速度ꎬ将进口速度设为进速与诱导速度之和ꎮ 逐步减小计算域尺度ꎬ考察敞水性能及压力分布计算结果的变化情况及精度ꎮ 算例比较表明:通过考虑诱导速度ꎬ可以大幅 度减小进口与螺旋桨的距离而不降低计算精度ꎮ 关键词:螺旋桨ꎻ敞水性能ꎻ诱导速度ꎻＣＦＤꎻＵＤＦ 中图分类号:Ｕ６６１.１ 文献标识码:Ａ ＣＦＤ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｐｒｏｐｅｌｌｅｒ ｏｐｅｎ￣ｗａｔｅｒ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇ ｉｎｄｕｃｅｄ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ａｔ ｔｈｅ ｉｎｌｅｔ ｏｆ ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ ｄｏｍａｉｎ ＺＨＡＯ ＣｈｅｎꎬＹＡＮＧ Ｃｈｅｎ￣ｊｕｎ (Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｏｃｅａｎ ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＳｈａｎｇｈａｉＪｉａｏ Ｔｏｎｇ ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＳｈａｎｇｈａｉ２００２４０ꎬＣｈｉｎａ) Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｗｈｅｎ ａ ｐｒｏｐｅｌｌｅｒ ｉｓ ｗｏｒｋｉｎｇꎬｉｔ ｉｎｄｕｃｅｓ ａ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｆｉｅｌｄ ａｒｏｕｎｄ ｉｔ. Ｔｈｅ ｉｎｄｕｃｅｄ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ａｔｔｅｎｕａｔｅｓ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｄｉｓｔａｎｃｅｆｒｏｍ ｔｈｅ ｐｒｏｐｅｌｌｅｒ. Ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｌｙ ａ ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ ｄｏｍａｉｎ ｏｆ ｌｉｍｉｔｅｄ ｓｉｚｅ ｉｓ ｕｓｅｄ ｆｏｒ ｓｉｍｕｌａｔｉｎｇ ｔｈｅ ｏｐｅｎ￣ｗａｔｅｒ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｐｒｏｐｅｌｌｅｒ ｕｓｉｎｇｔｈｅＣＦＤｍｅｔｈｏｄ. Ｉｎｔｈｉｓｃａｓｅｔｈｅｉｎｄｕｃｅｄｖｅｌｏｃｉｔｙｏｎｔｈｅｉｎｌｅｔｂｏｕｎｄａｒｙｏｆ ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｄｏｍａｉｎｉｓｐｈｙｓｉｃａｌｌｙｎｏｔｚｅｒｏꎬ ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ ｉｔ ｉｓ ａｎ ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｉｏｎ ｔｏ ｓｅｔ ｔｈｅ ｉｎｌｅｔ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｔｏ ｂｅ ｅｑｕａｌ ｔｏ ｐｒｏｐｅｌｌｅｒ ａｄｖａｎｃｅ ｖｅｌｏｃｉｔｙ. Ａ ｓｕｆｆｉｃｉｅｎｔｌｙ ｌａｒｇｅ ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ ｄｏｍａｉｎ ｉｓ ｕｓｕａｌｌｙ ａｄｏｐｔｅｄ ｔｏ ｍａｋｅ ｔｈｅ ｕｐｓｔｒｅａｍ ａｎｄ ｌａｔｅｒａｌ ｂｏｕｎｄａｒｉｅｓ ｆａｒ ａｗａｙ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｐｒｏｐｅｌｌｅｒ. Ｔｏ ｅｎａｂｌｅ ａｃｃｕｒａｔｅ ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ ｏｆ ｐｒｏｐｅｌｌｅｒ ｏｐｅｎ￣ｗａｔｅｒ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｉｎ ａｒｅｌａｔｉｖｅｌｙ ｓｍａｌｌｄｏｍａｉｎꎬａｎａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅａｐｐｒｏａｃｈｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄｗｈｅｒｅｔｈｅｉｎｆｌｏｗｖｅｌｏｃｉｔｙ ａｔｔｈｅｉｎｌｅｔ ｂｏｕｎｄａｒｙ ｉｓ ｓｅｔ ａｓｔｈｅｖｅｃｔｏｒ ｓｕｍｏｆ ｔｈｅａｄｖａｎｃｅｖｅｌｏｃｉｔｙ ａｎｄｔｈｅｐｒｏｐｅｌｌｅｒ ｉｎｄｕｃｅｄｖｅｌｏｃｉｔｙꎬｗｈｉｌｅｔｈｅｌａｔｔｅｒ ｉｓｃｏｍｐｕｔｅｄｂｙ ａｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｆｌｏｗ ｓｏｌｖｅｒ.
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