基于CFD法的船用螺旋桨敞水性能预报

第4章 螺旋桨模型的敞水试验

274 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V A 、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 = f 1(D ，n ，V A ，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 c A V ρ d ν e g f (4-1) 式中k 为比例常数，a 、b 、c 、d 、e 、f 均为未知指数。 将(4-1)式中各变量均以基本量(即质量M 、长度L 、时间T )来表示，则得： 2T ML ＝f 2e 2 d 3c b a 1?? ? ????? ????? ????? ????? ??T L T L L M T L T kL

螺旋桨概述

螺旋桨概述 1.概念 1.1结构 图1 螺旋桨示意图 图2 螺旋桨结构 螺旋桨由桨叶、浆毂、、整流帽和尾轴组成，如上图所示。 滑失：如果螺旋桨旋转一周，同时前进的距离等于螺旋桨的螺距P，设螺旋桨转速为n，则理论前进速度为nP。也就是说将不产生水被螺旋桨前后拨动的现象，然而事实上，螺旋桨总是随船一起以低于nP的进速V s对水作前进运动。那么螺旋桨旋转一周在轴向上前进的实际距离为h p（＝V s/n），称为进距。于是我们把P与h p之差（P－h p）称为滑失。 滑失与螺距P之比为滑失比： S r＝（P－h p）/P＝（nP－V s）/nP＝1－V s/nP

式中V s/nP称为进距比。 从式中可以得出，当V s＝nP时，S r＝0。即P＝h,也就是螺旋桨将不产生对水前后拨动的现象，螺旋桨给水的推力为零。 因此我们可以得出结论：滑失越大，滑失比越高，则螺旋桨推水的速度也就越高，所得到的推力就越大。 1.2工作原理 船用螺旋桨工作原理可以从两种不同的观点来解释，一种是动量的变化，另一种则是压力的变化。在动量变化的观点上，简单地说，就是螺旋桨通过加速通过的水，造成水动量增加，产生反作用力而推动船舶。由于动量是质量与速度的乘积，因此不同的质量配合上不同的速度变化，可以造成不同程度的动量变化。 另一方面，由压力变化的观点可以更清楚地说明螺旋桨作动的原理。螺旋桨是由一群翼面构建而成，因此它的作动原理与机翼相似。机翼是靠翼面的几何变化与入流的攻角，使流经翼面上下的流体有不同的速度，且由伯努利定律可知速度的不同会造成翼面上下表面压力的不同，因而产生升力。而构成螺旋桨叶片的翼面，它的运动是由螺旋桨的前进与旋转所合成的。若不考虑流体与表面间摩擦力的影响，翼面的升力在前进方向的分量就是螺旋桨的推力，而在旋转方向的分量就是船舶主机须克服的转矩力。 1.3推力和阻力 以一片桨叶的截面为例：当船艇静止时，螺旋桨开始工作，把螺旋桨看成不动，则水流以攻角α流向桨叶，其速度为2πnr（n为转速；r为该截面半径）。根据水翼原理，桨叶要受升力和阻力的作用，推动螺旋桨前进，即推动船艇前进。船艇运动会产生顶流和伴流。继续把船艇看成不动，则顶流以与艇速大小相等，方向相反的流速向螺旋桨流来，而伴流则以与艇速方向相同，流速为u r向螺旋桨流来。通过速度合成，我们可以得到与螺旋桨成攻角α，向桨叶流来的合水流。则桨叶受到合水流升力dL和阻力dD的作用，将升力和阻力分解，则得到平行和垂直艇首尾线的分力：

水力学习题

水力学习题1 一、单项选择题 1.某流体的运动粘度v =3×10-6m 2/s,密度ρ=800kg/m 3,其动力粘度μ为( ) A.3.75×10-9Pa ·s B. 2.4×10-3Pa ·s C.2.4×105 Pa ·s D.2.4×109 Pa ·s 2.图中相互之间可以列总流伯努利方程的断面是 A.1-1断面和2-2断面 B.2-2断面和3-3断面 C.1-1断面和3-3断面 D.3-3断面和4-4断面 3.如图所示，孔板上各孔口的大小形状相同，则各孔口的出流量是( ) A.Q A >Q B B.Q A =Q B C.Q A

6.在已知通过流量Q 、渠道底坡i 、边坡系数m 及粗糙系数n 的条件下，计算梯形断面渠道尺寸的补充条件及设问不能是( ) A.给定水深h ，求底宽b B.给定宽深比β，求水深h 与底宽b C.给定最大允许流速［v ］max ，求水底h 与底宽b D.给定水力坡度J ，求水深h 与底宽b 7.断面单位能量e 随水深h 的变化规律是( ) A.e 存在极大值 B.e 存在极小值 C.e 随h 增加而单调增加 D.e 随h 增加而单调减少 8.下列各型水面曲线中，表现为上凸型的水面曲线是( ) A.M 3型 B.C 3型 C.S 3型 D.H 3型 9.根据堰顶厚度与堰上水头的比值，堰可分为( ) A.宽顶堰、实用堰和薄壁堰 B.自由溢流堰、淹没溢流堰和侧收缩堰 C.三角堰、梯形堰和矩形堰 D.溢流堰、曲线型实用堰和折线型实用堰 10.速度v 、长度l 、运动粘度v 的无量纲组合是( ) A. vl v 2 B. v l v 2 C. v l v 22 D. vl v 二、填空题 不写解答过程，将正确的答案写在每小题的空格内。错填或不填均分无。 11.潜体所受浮力的大小与其所在液体的______成正比。 12.恒定流是各空间点上的运动参数都不随______变化的流动。 13.圆管流的临界雷诺数Re c 为______。 14.水由孔口直接流入另一水体中，称为______出流。 15.在相同的作用水头作用下，同样口径管嘴的出流量比孔口的出流量______。 16.渠道中的水深h 大于临界水深h c 时，水流流态为______。 17.水跃函数相等的两个不同水深称为______。 18.自由出流宽顶堰堰上水流流态为______。 19.达西定律适用于______渗流。 20.具有自由液面的水流模型试验，一般选用______准则设计模型。 三、名词解释题21.粘性 22.断面平均流速 23.粘性底层 24.短管 25.临界底坡 四、简答题(本大题共4小题，每小题5分，共20分) 26.试述液体静力学的基本方程z p g C + =ρ及其各项的物理意义。 27.如图所示，一倒置U 形管，上部为油，其密度ρoil =800kg/m 3，用来测定水管中的A 点流速u A ，若读数△h=200mm ，求该点流速μA 。

关于水力学的发展史

关于水力学的发展史 我到各国旅行的目的之一是为了了解那里人们的历史。几年以前在一次有十多个国家的代表的国际会议上，我讲了水力学历史。他们都了解自己国家这方面的发展史。我希望这种交往能继续。林博士说你们出版了一本“中国水利史”。我希望在座的有人把它翻译成英文或其他文字。 今天我要讲的第一个人是著名的希腊人。亚里士多德（公元前384—322）。他比阿基米德（公元前287—212）早。对后人的影响了大。博学，是个百科全书式的人物。他把存在的一切都写了下来。那时代（公元前四世纪）人们对事物不试验。不分析，而是猜测。亚里士多德书中所谈，按现在的观点都是不对的。后来有人说他使历史至少倒退了一千年。甚至2千年。那时，希腊人认为物质由四种元素组成：土、水、空气和火。这里的“元素”不是现代概念的元素。后来又加了第五种：以太。他们认为没有真空。这个真空必有某种东西填入其中。这一概念是由亚里士多德时代传下来的，并延续很久。亚里士多德解释物体在空中飞行是说，冲进物体后面的空间的空气推动物体前进。人们都相信他。他还谈到科学不是静止的，必须前进，这一观点很有道理，至今还影响我们。他死了很长时间后人们开始崇拜他，把他的话固定化。大约有一千多年。在公元后一、二百时，曾有一人说亚不对，两块石头相擦而过，它们后面的空气往两个相反方向推动各自的石头，那就乱套了。他说石头能在空气中飞行，是因为离手时得到了一个推动力，但他的学说没有被接受。大家说，推动力是看不到的。 黑暗时代（指中世纪，公元600年至1500年——记录者注），没有什么科学的发展，反而后退了。只有风车、水车等。那时代，阿拉伯人把希腊文著作译成阿拉伯文。公元一千多年后又从阿拉伯传入欧洲。经院哲学家认为自己受到良好教育，他们宗教信仰坚定。喜欢亚里士多德的一些书，奇妙地把亚的学说宗教化。他们建立了第一所大学。部分学者开始试着分析事物，如自由落体、重力等等。 第一个开始考察事物的人是达·芬奇（1452—1519）意大利人，是博学的人。他是杰出的画家、解剖学家。他的画今天价值几百万美元；他是工程师，制造了许多东西：船闸上的人家门，降落伞，他第一个建立了边续性定律，

对转螺旋桨敞水试验技术

8.4.1 对转螺旋桨敞水试验技术 敞水试验是研究螺旋桨在均匀流场中的工作特性。敞水试验的目的是： （1）进行系列模型桨试验，建立螺旋桨设计图谱； （2）研究螺旋桨的不同几何特性参数对其水动力性能的影响，为改进设计和优化设计提供试验数据； （3）提供模型自航试验和实雷推进性能预报必要的敞水性证曲线。 一、试验方法和试验设备 螺旋桨敞水试验必须满足的相似准则是进速系数J。雷诺数、弗氏数、相对潜深都属于 限制参数。为了消除自由液面的影响(兴波和吸气)，螺旋桨的轴线潜深应大于或等于一个桨径。为了避免严重的粘性尺度效应，桨模雷诺数要求大于某一临界值，这一点在下文将作专门讨论。 试验方法有二种： (1)固定进速（拖车速度不变）、改变螺旋桨转速，此方法称等速度法； (2)固定螺旋桨转速，改变进度（变化拖车速度），此方法称等转速法。 目前使用的敞水试验装置有二种结构形式：一种是扁舟式敞水箱。螺旋桨动力仪、换向和减速齿轮箱、电机等安装在箱体内，驱动螺旋桨的空、实轴伸出箱体外，为减小箱体对螺旋桨流动的影响，螺旋桨与箱体之间的轴向距离要求大于2—3倍桨直径。另一种是炮弹式敞水试验装置。其外型为流线型圆柱体，类似于炮弹形状。动力仪及驱动螺旋桨的传动轴系安装在圆柱体内。圆柱体上方有一空心的弓形剖面的支杆一直伸到水面上，安放在水面上的电机通过直角传动机构驱动螺旋桨轴转动。这种结构形式的优点是对螺旋桨流动的干扰影响小，另外可以允许增大潜深，提高车速。 敞水试验的主要测量仪器是螺旋桨动力仪。中国船舶科学研究中心水池用于正、反转螺旋桨敞水试验的动力仪有变磁阻式空、实轴螺旋桨动力仪、电阻应变式多功能螺旋桨动力仪。螺旋桨转速由光电式或磁电式速度仪测量。图8-8是鱼雷对转桨试验装置的示意图。 图8-8 鱼雷对转桨试验装置示意图 1- 内轴；2-外轴；3-空心万向轴节； 4-空心动力仪；5-换向齿轮箱；6，7-万向联轴节 8-减速齿轮箱；9-光电测速仪；10-电机。 二、敞水试验数据表达 敞水试验测量的数据有：前桨推力、前桨扭矩、后桨推力、后桨扭矩；螺旋桨 转速n、拖车速度。 为了便于比较分析，通常均以前桨直径无因次化。 前桨推力系数

水工结构静力模型实验指导书

水工结构静力模型实验指导书 河海大学 一、课程性质和目的： （1）水工结构模型试验 所谓水工结构模型试验就是将原型以某一比例关系缩小成模型，然后向该模型施加与原型相关的荷载，根据从模型上获得的信息如应变位移等，通过一定的相似关系推出原型建筑物在应力、变形强度等成果。 （2）进行水工结构模型试验的目的和意义 水工建筑物因其受力特征、几何形状、边界条件等均较复杂，特别是修建在复杂地基上建筑物更为如此，尽管计算机技术和空间有限元等正迅速发展，但目前还不能用理论分析方法完美地解决建筑物的稳定和应力问题，因此模型试验作为一种研究手段则具有重要的意义，可归纳成如几个方面： 1．通过对水工建筑物的模型试验研究可以验证理论设计，国内外大型和重要的水工建筑物的设计，都同时要求进行计算分析和试验分析，以期达到互相验证的目的。 2．通过对原型结构的模拟试验，预测水工建筑物完建后的运行情况以及抵御事故的能力。 3．由于物理模型是对实际结构性态的模拟，在模型上还有可能出现原先未知而又实际存在的某些现象，因此模型试验研究不仅仅是对数理分析方法的验证，而且是获得更丰富切合实际的资料的积极探索，所以进行水工结构模型试验目的也是更好地探索新理论、新材料、新技术、新工艺的一种手段。 （3）结构模型试验研究的主要内容： a.大型水工建筑物的整体应力及变形问题。 b.结构物之间的联合作用问题。 c.地下结构的应力与稳定问题。 d.大坝安全度及破坏机理问题。 e.水工结构的动力特性问题。 f.验证新理论、新方法、新材料、新工艺等。 （4）模型试验的分类方法 ①按建筑物的模拟范围和受力状态分类 a.整体结构模型试验：研究整体建筑物在空间力系作用下的强度或稳定问题。 b.平面结构模型试验：研究结构单位长度断面在平面力系作用下的强度和稳定问题，如重力坝坝段平面结构模型试验就是研究重力坝在水荷载作用下的应力和变形。 c.半整体结构模型试验： ②按作用荷载特性分类 a.静力结构模型试验：研究水工建筑物在静荷载（静水压力、自重、温度等）作用下

螺旋桨公式

螺旋桨公式 一、工作原理 可以把螺旋桨看成是一个一面旋转一面前进的机翼进行讨论。流经桨叶各剖面的气流由沿旋转轴方向的前进速度和旋转产生的切线速度合成。在螺旋桨半径r1和r2(r1＜r2)两处各取极小一段，讨论桨叶上的气流情况。V—轴向速度；n—螺旋桨转速；φ—气流角，即气流与螺旋桨旋转平面夹角；α—桨叶剖面迎角；β—桨叶角，即桨叶剖面弦线与旋转平面夹角。显而易见β＝α+φ。 空气流过桨叶各小段时产生气动力，阻力ΔD和升力ΔL，见图1—1—19，合成后总空气动力为ΔR。ΔR沿飞行方向的分力为拉力ΔT，与旋螺桨旋转方向相反的力ΔP 阻止螺旋桨转动。将整个桨叶上各小段的拉力和阻止旋转的力相加，形成该螺旋桨的拉力和阻止螺旋桨转动的力矩。 从以上两图还可以看到。必须使螺旋桨各剖面在升阻比较大的迎角工作，才能获得较大的拉力，较小的阻力矩，也就是效率较高。螺旋桨工作时。轴向速度不随半径变化，而切线速度随半径变化。因此在接近桨尖，半径较大处气流角较小，对应桨叶角也应较小。而在接近桨根，半径较小处气流角较大，对应桨叶角也应较大。螺旋桨的桨叶角从桨尖到桨根应按一定规律逐渐加大。所以说螺旋桨是一个扭转了的机翼更为确切。 从图中还可以看到，气流角实际上反映前进速度和切线速度的比值。对某个螺旋桨的某个剖面，剖面迎角随该比值变化而变化。迎角变化，拉力和阻力矩也随之变化。用进矩比“J”反映桨尖处气流角，J＝V／nD。式中D—螺旋桨直径。理论和试验证明：螺旋桨的拉力(T)，克服螺旋桨阻力矩所需的功率(P)和效率(η)可用下列公式计算： T=Ctρn2D4 P=Cpρn3D5 η=J·Ct/Cp 式中：Ct—拉力系数；Cp—功率系数；ρ—空气密度；n—螺旋桨转速；D—螺旋桨直径。其中Ct和Cp取决于螺旋桨的几何参数，对每个螺旋桨其值随J变化。图1—1—21称为螺旋桨的特性曲线，它可通过理论计算或试验获得。特性曲线给出该螺旋桨拉力系数、功率系数和效率随前进比变化关系。是设计选择螺旋桨和计算飞机性能的主要依据之一。 从图形和计算公式都可以看到，当前进比较小时，螺旋桨效率很低。对飞行速度较低而发动机转速较高的轻型飞机极为不利。例如：飞行速度为72千米／小时，发动转速为6500转／分时，η≈32％。因此超轻型飞机必须使用减速器，降低螺旋桨的转速，提高进距比，提高螺旋桨的效率。 二、几何参数

第4章 螺旋桨模型的敞水试验要点

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V A、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，V A，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 c A Vρd νe g f(4-1)式中k为比例常数，a、b、c、d、e、f均为未知指数。 274

螺旋桨计算公式

直升机螺旋桨升力计算公式 直升机螺旋桨升力计算公式 一般直升机的旋翼系统是由主旋翼.尾旋翼和稳定陀螺仪组成，如国产直－8，直－9。也有共轴反旋直升机，主旋翼是上下两层反转螺旋桨，无尾翼，如俄罗斯的卡－28。 1.现在的直升机螺旋桨（叫旋翼）的桨叶是由碳纤维和玻璃钢纤维与复合材料制造而成。 有一定的弹性，不转时，桨叶略有下垂弯曲。当螺旋桨旋转时，由于离心力的原理，桨叶会被拉直。打个比方，我们看杂技“水流星”吧，两只水碗栓在一根绳子两端，放着不动时，绳子是支持不了水碗的，当旋转起来后，我们看到水碗和绳子象直线一样， 空中飞舞。 2.直升机的主螺旋桨是怎么支撑飞机的重量？这个问题就是直升机的飞行原理：（以一般直升机为例）直升机能在空中进行各种姿态的飞行，都是由主旋翼（你讲的螺旋桨） 旋转产生的升力并操纵其大小和方向来实现的。升力大于重量时，就上升，反之，就下降。 平衡时，就悬停在空中。直升机的升力大小，不但决定于旋翼的转速， 而且决定于旋翼的安装角（又称桨叶角）。升力随着转速.桨叶角的增大而增大； 随着转速.桨叶角的减小而减小。直升机在飞行时，桨叶在转每一圈的过程中， 桨叶角都是不同的；而且，每片桨叶的桨叶角也是不同的。这才使直升机能够前. 后仰， 左.右倾，完成各种姿态。直升机尾旋翼的转速和桨叶角的变化同主旋翼原理相同，控制直升机的左转弯.右转弯和直飞。不管天空有风无风，直升机要稳定飞行， 不变航向，也要靠稳定陀螺仪控制尾旋翼来完成。总之，直升机旋翼系统非常复杂，我只讲直升机空中姿态变化与旋翼的关系。 １，直接影响螺旋桨性能的主要参数有： a.直径D——相接于螺旋桨叶尖的圆的直径。通常，直径越大，效率越高， 但直径往往受到吃水和输出转速等的限制； b.桨叶数N; c.转速n——每分钟螺旋桨的转数； d.螺距P——螺旋桨旋转一周前进的距离，指理论螺距； e.滑失率——螺旋桨旋转一周，船实际前进的距离与螺距之差值与螺距之比； f.螺距比——螺距与直径的比（P/D），一般在0.6~1.5之间；一般地说来，高速轻载船选取的值比较大，低速重载的船选取的值比较小； g.盘面比——各桨叶在前进方向上的投影面积之和与直径为D的圆面积之比。通常，高转速的螺旋桨所取的比值小，低速、大推力的螺旋桨所取的比值大。例如，拖轮的螺旋桨盘面比大于１.2甚至更大的情况也不少见； 机翼升力计算公式 升力L=1/2 *空气密度*速度的平方*机翼面积*机翼升力系数（N） 机翼升力系数曲线如下注解：在小迎角时曲线斜率是常数。

水工渗流模型实验指导书

水工建筑渗流实验指导书及报告 （水工13级） 班级： 学号： 姓名： 三峡大学水利与环境学院 2016年5月

土坝渗流缝隙槽模型实验（1） 土坝渗流缝隙槽模型实验是利用粘性液体在模型的坝断面与平板间狭窄缝中流动，能很好显示出层流运动特性，来模拟土坝中渗流。 一、实验目的 1．通过实验，找出土坝浸润线的位置坐标，并与理论计算成果相比较； 2．观察水位变化时，浸润线位置的变化情况； 3．观察流动的流线状态及其特性，并对层流运动得到进一步的感性认识。 二、实验原理 粘性液体在狭窄缝隙中流动时，形成层流，且符合达西定律，用此来模拟土基中的渗流，粘性流在缝隙中流动的平均流速为 ds dh K V m m -= 式中：m K —缝隙槽的透水系数，决定于缝隙宽度和粘滞性的常数， V ga K m 3/2= a ——缝隙的半宽； V ——液体的运动粘滞系数； g ——重力加速度； dh ——沿流动方向ds 距离上的水头损失。 三、实验步骤 实验设备及装置由实验课中讲述。实验步骤如下： 1．每人准备一张方格纸，大小为75cm ×25cm ； 2．熟悉实验设备，并做好实验前的分工准备工作； 3．用方格纸按比例绘制好与模型相似的土坝模型图，见附图； 4．打开电源开关，调节进库液体流量，向缝隙模型槽内充液到固定液位，使上游保持溢流状态，下游也开始溢流时，即形成了稳定的水面； 5．将有染色液体的细金属管分别放在坝面的液面高程和其他任一高程上，即可观察出流动的浸润线和流线，此时可将浸润线的坐标记录下来（在正面的有机玻璃板上有方格，计数方格确定坐标）。

四、附图 均质坝（模型尺寸）单位：厘米原模比：1：100 五、思考并回答下列问题 1．为什么上、下游液位要保持始终有溢流？ 答： 2．流线具有哪些特点，它分布的疏密程度说明了什么？ 答： 3．在试验中浸润线和流线与上游边坡线交角是否相同？为什么？答：

深潜器等厚导管螺旋桨敞水性能计算分析_刘可峰

SHIP ENGINEERING 船舶工程Vol.36 No.1 2014 总第36卷，2014年第1期深潜器等厚导管螺旋桨敞水性能计算分析 刘可峰1, 2，姚宝恒1，连琏1 （1．上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院海洋工程国家重点实验室，上海 200240；2．江苏科技大学船舶与海洋工程学院，江苏镇江 212003） 摘 要：利用三维设计软件系统SolidWorks对No.37+Ka4-70导管螺旋桨进行了三维实体建模，并对某深潜器使用的No.37导管外形进行了等厚处理。利用计算流体力学软件Fluent对两组导管螺旋桨模型进行了敞水数值模拟，得到了导管螺旋桨的推力，扭矩及其效率，并与图谱数据对比，证明了数值方法的有效性。比较数据分析了No.37导管等厚变化对ROV推进性能的影响，总结了No.37+Ka4-70等厚导管螺旋桨的优缺点。 关键词：深潜器；导管螺旋桨；等厚导管；敞水性能；Fluent 中图分类号：U664.34 文献标志码：A 文章编号：1000-6982 (2014) 01-0037-04 Calculation and Analysis of Open Water Performance for Submersibles Identical Thickness Ducted Propellers LIU Ke-feng1, 2, Y AO Bao-heng1, LIAN Lian1 (1. State Key Laboratory of Ocean Engineering, School of Naval Architecture, Ocean and Civil Engineering, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China; 2. School of Naval Architecture and Ocean Engineering, Jiangsu University of Science and Technology, Zhenjiang city 212003, Jiangsu province, China) Abstract: The duct outline of ducted propeller No.37+Ka4-70 was altered for submersibles after building its 3D model with the 3D CAD software system SolidWorks in the article, their open water hydrodynamics feature was simulated and analyzed by using Fluent software. When comparing with the propeller chart, it shows that the numerical method is effective. The thrust force, torque, related coefficient and efficiency were compared. Through calculation and analyses, the advantages and disadvantages of identical thickness ducted propeller No.37+Ka4-70 were summarized. Key words: submersible; ducted propeller; identical thickness duct; open water performance; Fluent 拖网渔船和拖轮等船舶在重载工况作业时，由于其螺旋桨载荷较重，若采用传统螺旋桨，往往效率较低，导管螺旋桨由于其在重载工况下的良好性能而在这类船舶上得到了大量的应用。导管螺旋桨是一种特种推进器，在20世纪30年代就开始了工程应用，它在普通螺旋桨的外围装上了一个套筒，其剖面形状一般为机翼型或是折角型，导管与其中的螺旋桨形成了一个整体工作，这时的流场与没有导管时将发生较大的变化。按照内部流场的变化情况，导管可以分为加速型导管和减速型导管。对于加速型导管，首先可以使螺旋桨盘面处的水流加速，使螺旋桨工作在较大的速度场，从而可以提高螺旋桨的效率。其次，由于导管出口处的面积逐渐扩大，尾流的收缩变小，使轴向诱导速度减小，也有助于提高螺旋桨的效率。最后，由于叶梢和导管的间隙很小，由叶面和叶背的压力差引起的绕流大大减小，其能量损失也就减小。正是由于这些原因，加速导管螺旋桨具有重载效率高，推力大等特点，对于功率系数B p较高的使用场合，采用它能达到较高的效率[1]。深潜器对系泊推力有较高的要求，其推力计算一般就设定在系泊工况下进行，功率系数B p往往很大，故深潜器选用加速导管螺旋桨能获得较好的推进性能。 国外发表的导管螺旋桨系列试验资料中，以荷兰船模试验池的No.19A+Ka和No.37+Ka系列导管螺旋 收稿日期：2013-07-09；修回日期：2013-09-15 基金项目：国家高技术研究发展计划（863计划）资助项目（2008AA092301-1） 作者简介：刘可峰（1978-），男，讲师。主要研究方向为船舶设计，潜器操纵与控制和水动力学应用。 DOI:10.13788/https://www.doczj.com/doc/f57456968.html,ki.cbgc.2014.0010

航模螺旋桨基础知识

一、工作原理 可以把螺旋桨看成是一个一面旋转一面前进的机翼进行讨论。流经桨叶各剖面的气流由沿旋转轴方向的前进速度和旋转产生的切线速度合成。在螺旋桨半径r1和r2(r1＜r2)两处各取极小一段，讨论桨叶上的气流情况。V—轴向速度；n—螺旋桨转速；φ—气流角，即气流与螺旋桨旋转平面夹角；α—桨叶剖面迎角；β—桨叶角，即桨叶剖面弦线与旋转平面夹角。显而易见β＝α+φ。 空气流过桨叶各小段时产生气动力，阻力ΔD和升力ΔL，见图1—1—19，合成后总空气动力为ΔR。ΔR沿飞行方向的分力为拉力ΔT，与旋螺桨旋转方向相反的力ΔP 阻止螺旋桨转动。将整个桨叶上各小段的拉力和阻止旋转的力相加，形成该螺旋桨的拉力和阻止螺旋桨转动的力矩。 从以上两图还可以看到。必须使螺旋桨各剖面在升阻比较大的迎角工作，才能获得较大的拉力，较小的阻力矩，也就是效率较高。螺旋桨工作时。轴向速度不随半径变化，而切线速度随半径变化。因此在接近桨尖，半径较大处气流角较小，对应桨叶角也应较小。而在接近桨根，半径较小处气流角较大，对应桨叶角也应较大。螺旋桨的桨叶角从桨尖到桨根应按一定规律逐渐加大。所以说螺旋桨是一个扭转了的机翼更为确切。 从图中还可以看到，气流角实际上反映前进速度和切线速度的比值。对某个螺旋桨的某个剖面，剖面迎角随该比值变化而变化。迎角变化，拉力和阻力矩也随之变化。用进矩比“J”反映桨尖处气流角，J＝V／nD。式中D—螺旋桨直径。理论和试验证明：螺旋桨的拉力(T)，克服螺旋桨阻力矩所需的功率(P)和效率(η)可用下列公式计算： T=Ctρn2D4 P=Cpρn3D5 η=J·Ct/Cp 式中：Ct—拉力系数；Cp—功率系数；ρ—空气密度；n—螺旋桨转速；D—螺旋桨直径。其中Ct和Cp取决于螺旋桨的几何参数，对每个螺旋桨其值随J变化。图1—1—21称为螺旋桨的特性曲线，它可通过理论计算或试验获得。特性曲线给出该螺旋桨拉力系数、功率系数和效率随前进比变化关系。是设计选择螺旋桨和计算飞机性能的主要依据之一。 从图形和计算公式都可以看到，当前进比较小时，螺旋桨效率很低。对飞行速度较低而发动机转速较高的轻型飞机极为不利。例如：飞行速度为72千米／小时，发动转速为6500转／分时，η≈32％。因此超轻型飞机必须使用减速器，降低螺旋桨的转速，提高进距比，提高螺旋桨的效率。 二、几何参数 直径(D)：影响螺旋桨性能重要参数之一。一般情况下，直径增大拉力随之增大，效率随之提高。所以在结构允许的情况下尽量选直径较大的螺旋桨。 此外还要考虑螺旋桨桨尖气流速度不应过大(＜音速)，否则可能出现激波，导致效率降低。 二、桨叶数目(B)：可以认为螺旋桨的拉力系数和功率系数与桨叶数目成正 比。超轻型飞机一般采用结构简单的双叶桨。只是在螺旋桨直径受到限制时，采用增加桨叶数目的方法使螺旋桨与发动机获得良好的配合。 实度(σ)：桨叶面积与螺旋桨旋转面积(πR2)的比值。它的影响与桨叶数目的影响相似。随实度增加拉力系数和功率系数增大。

螺旋桨的定义及其效率计算

螺旋桨的定义及其效率计算 一、工作原理 可以把螺旋桨看成是一个一面旋转一面前进的机翼进行讨论。流经桨叶各剖面的气流由沿旋转轴方向的前进速度和旋转产生的切线速度合成。在螺旋桨半径r1和r2(r1＜r2)两处各取极小一段，讨论桨叶上的气流情况。V—轴向速度；n—螺旋桨转速；φ—气流角，即气流与螺旋桨旋转平面夹角；α—桨叶剖面迎角；β—桨叶角，即桨叶剖面弦线与旋转平面夹角。显而易见β＝α+φ。 空气流过桨叶各小段时产生气动力，阻力ΔD和升力ΔL，见图1—1—19，合成后总空气动力为ΔR。ΔR沿飞行方向的分力为拉力ΔT，与旋螺桨旋转方向相反的力ΔP 阻止螺旋桨转动。将整个桨叶上各小段的拉力和阻止旋转的力相加，形成该螺旋桨的拉力和阻止螺旋桨转动的力矩。 从以上两图还可以看到。必须使螺旋桨各剖面在升阻比较大的迎角工作，才能获得较大的拉力，较小的阻力矩，也就是效率较高。螺旋桨工作时。轴向速度不随半径变化，而切线速度随半径变化。因此在接近桨尖，半径较大处气流角较小，对应桨叶角也应较小。而在接近桨根，半径较小处气流角较大，对应桨叶角也应较大。螺旋桨的桨叶角从桨尖到桨根应按一定规律逐渐加大。所以说螺旋桨是一个扭转了的机翼更为确切。 从图中还可以看到，气流角实际上反映前进速度和切线速度的比值。对某个螺旋桨的某个剖面，剖面迎角随该比值变化而变化。迎角变化，拉力和阻力矩也随之变化。用进矩比“J”反映桨尖处气流角，J＝V／nD。式中D—螺旋桨直径。理论和试验证明：螺旋桨的拉力(T)，克服螺旋桨阻力矩所需的功率(P)和效率(η)可用下列公式计算： T=Ctρn2D4 P=Cpρn3D5 η=J·Ct/Cp 式中：Ct—拉力系数；Cp—功率系数；ρ—空气密度；n—螺旋桨转速；D—螺旋桨直径。其中Ct和Cp取决于螺旋桨的几何参数，对每个螺旋桨其值随J 变化。图1—1—21称为螺旋桨的特性曲线，它可通过理论计算或试验获得。特性曲线给出该螺旋桨拉力系数、功率系数和效率随前进比变化关系。是设计选择螺旋桨和计算飞机性能的主要依据之一。 从图形和计算公式都可以看到，当前进比较小时，螺旋桨效率很低。对飞行速度较低而发动机转速较高的轻型飞机极为不利。例如：飞行速度为72千米／小时，发动转速为6500转／分时，η≈32％。因此超轻型飞机必须使用减速器，降低螺旋桨的转速，提高进距比，提高螺旋桨的效率。 二、几何参数 直径(D)：影响螺旋桨性能重要参数之一。一般情况下，直径增大拉力随之增大，效率随之提高。所以在结构允许的情况下尽量选直径较大的螺旋桨。此外还要考虑螺旋桨桨尖气流速度不应过大(＜0.7音速)，否则可能出现激波，导致效率降低。 桨叶数目(B)：可以认为螺旋桨的拉力系数和功率系数与桨叶数目成正比。超轻型飞机一般采用结构简单的双叶桨。只是在螺旋桨直径受到限制时，采用增加桨叶数目的方法使螺旋桨与发动机获得良好的配合。 实度(σ)：桨叶面积与螺旋桨旋转面积(πR2)的比值。它的影响与桨叶数目

水轮机的模型试验

水轮机的模型试验 一、水轮机的模型试验的意义 前面讨论了水轮机相似的条件，这就从理论上解决了用较小尺寸 的模型水轮机，在较低水头下工作去模拟大尺寸和高水头的原型水轮 机。按相似理论，模型水轮机的工作完全能反映任何尺寸的原型水轮 机。模型水轮机的运转规模比真机运转规模小的多，费用小，试验方 便，可以根据需要随意变动工况。能在较短的时间内测出模型水轮机的全面特性。将模型试验所得到的工况参数组成单位转速11n和单位流 Q后，并分别以它们作为纵坐标及横坐标，按效率相等工况点连量11 线所得到的曲线图称为综合特性曲线。此综合特性曲线不仅表示了模 型水轮机的工作性能，同样地反映了与该模型水轮机几何相似的所有 不同尺寸，工作在不同水头下的同类型真实水轮机的工作特性。 水轮机制造厂可从通过模型试验来检验原型水力设计计算的结 果，优选出性能良好的水轮机，为制造原型水轮机提供依据，向用户 提供水轮机的保证参数。水电设计部门可根据模型试验资料，针对所 设计的电厂的原始参数，合理地进行选型设计，并运用相似定律利用 模型试验所得出的综合特性曲线，绘出水电站的运转特性曲线。为运 行部门提供发电依据，水电厂运行部门可根据模型水轮机试验资料， 分析水轮机设备的运行特性，合理地拟定水电厂机组的运行方式，提 高水电厂运行的经济性和可靠性。当运行中水轮机发生事故时，也可 以根据模型的特性分析可能产生事故的原因。

二、水轮机模型试验的方法 水轮机的模型试验主要有能量试验，气蚀试验，飞逸特性试验和轴向水推力特性试验等几种。由于篇幅所限，本教材主要介绍反击式水轮机的能量试验。反击式水轮机的汽蚀试验可参阅有关参考文献。 能量试验台分为开敞式试验台和封闭式试验台，封闭式试验台无需设置测流槽，故平面尺寸要比开敞式试验小，而且水头调节更加方便，但封闭式试验台投资较高。 1. 开敞式能量试验台 （1）开敞式能量试验台 水轮机效率是水轮机能量转换性能的主要综合指标，因此，模型水轮机的能量试验主要是确立模型水轮机在各种工况下的运行效率。水轮机的能量试验台如图3-4所示。它主要由下列装置组成。 1）压力水箱。压力水箱2是一个具有自由水面的大容积储水箱，试验时保持稳定的上游水位。水箱由水泵1供水，通过高度可调节的溢流板4控制一定的水位，多余的水可从溢流板顶部排至集水池14。水流通过静水栅3均匀而稳定地进入模型水轮机7。 图3-4 反击式水轮机能量试验台

常用螺旋桨的参数

常用螺旋桨的参数（转） 同一转速在不同速度时效率不同，或者说不同的速度各有其效率最高的转速 螺旋桨的螺距决定了它的几何攻角，而桨叶的实际攻角还和前进速度有关，使桨叶在最有利的攻角下工作就能得到最高的效率。可见决定螺旋桨效率的并不是转速而是转速与前进速度之间的比例关系，即状态特性（相对进距）。 螺旋桨的相对螺距h=H/D（H为实际螺距， D为直径）， 状态特性（相对进距）λ=V/nD（V为飞行速度，n为转速）， 对一般螺旋桨当h-λ=0.2时可以得到最大效率。 各种螺旋桨的最高效率 OS引擎螺旋槳選用表也適用一般廠牌 引擎級數 新引擎適用 10LA 7x4 6.5～7x3～6、8x4 15LA 8x4 7x5～6、8x4～5 25LA 9x5 9x5～6 40LA 11x5 10x6～7、10.5x6、11x5～6 46LA 11x6 11x6～7 65LA 12x6

12x7～8、13x6～8 15LA-S 8x4 8x4～6 25LA-S 9x6 9x6、10x5 40LA-S 11x5 11x5～6 46LA-S 11x6一攲 11x6～7、12x5～6 15CV-A 7x5～6、8x4～6、9x4 8x4～6 25FX 9x5～6、9.5x5、10x5 9x6、9.5x5 32SX 10x6、10.5x5、11x6 9x7～8、10x6 40FX 10x6、10.5x6、11x6～7 ----- 46FX 10.5x6、11x6～8、12x6～7 11x8～10、12x7～9 50SX RING 11x6～10、12x6 12x7～9 61FX 12x6～8、13x6～7 12x9～11

《水力学》练习题1—6

水力学习题1 一、单项选择题 1.某流体的运动粘度v =3×10-6m 2/s,密度ρ=800kg/m 3,其动力粘度μ为( ) A.3.75×10-9Pa ·s B. 2.4×10-3Pa ·s C.2.4×105 Pa ·s D.2.4×109 Pa ·s 2.图中相互之间可以列总流伯努利方程的断面是 A.1-1断面和2-2断面 B.2-2断面和3-3断面 C.1-1断面和3-3断面 D.3-3断面和4-4断面 3.如图所示，孔板上各孔口的大小形状相同，则各孔口的出流量是( ) A.Q A >Q B B.Q A =Q B C.Q A

【精品】船舶与海洋工程实验技术螺旋桨敞水试验指导书

船舶与海洋工程实验技术 螺旋桨敞水试验指导书 华中科技大学船舶与海洋工程学院 船模拖曳水池实验室

2015年5月20日

0、前言............................................. 错误!未指定书签。 1、敞水箱安装....................................... 错误!未指定书签。 2、仪器安装及操作................................... 错误!未指定书签。 2.1动力仪........................................... 错误!未指定书签。 3、敞水试验数据处理错误!未指定书签。

图1敞水箱......................................... 错误!未指定书签。 图1动力仪......................................... 错误!未指定书签。图2电机........................................... 错误!未指定书签。图33KW稀土直流电动机调速装置...................... 错误!未指定书签。图4转速数字显示仪................................. 错误!未指定书签。图5WD990微机电源.................................. 错误!未指定书签。图6操作台整体视图................................. 错误!未指定书签。图7放大器背面接口................................. 错误!未指定书签。图8放大器正面..................................... 错误!未指定书签。图98HZ采集程序图标................................ 错误!未指定书签。 图10敞水自航双桨.................................................................... 错误!未指定书签。图11敞水系统设定.................................................................... 错误!未指定书签。