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导管螺旋桨水动力性能试验及数值研究
李海涛;姜壮威
【期刊名称】《舰船科学技术》
【年(卷),期】2024(46)2
【摘要】为了研究导管螺旋桨的推力、扭矩和敞水效率等主要水动力参数和进速系数之间的关系,本文采用物理模型试验和计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)技术相结合的方式分析导管对螺旋桨水动力特性的影响。
首先在本校拖曳水池开展导管螺旋桨模型的敞水性能试验然后使用计算流体软件STAR-CCM+对导管桨模型进行数值模拟。
在模拟计算中应用多参考系法(Multi Reference Frames,MRF),分别采用不同湍流模型对导管螺旋桨的水动力性能进行计算,并与试验数据进行对比,验证了STAR-CCM+软件模拟可以对导管螺旋桨的水动力性能进行有效预报且使用SST k-ω湍流模型获得的水动力性能精度更高。
研究结果表明,导管螺旋桨更适用于在低进速系数下工作的重载船舶。
【总页数】7页(P1-7)
【作者】李海涛;姜壮威
【作者单位】大连理工大学船舶工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】U664.33
【相关文献】
1.导管参数对导管螺旋桨水动力性能影响研究
2.导管螺旋桨在斜流中的水动力性能试验
3.基于模型的导管螺旋桨水动力性能研究
4.基于CFD的船舶导管螺旋桨的水动力性能研究
5.渔船导管螺旋桨水动力性能试验与研究
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螺旋桨水动力学性能分析与优化设计螺旋桨是水上船只中最重要的推进装置，其性能直接关系到船舶的推进效率和航行速度。
螺旋桨水动力学性能分析与优化设计是船舶研究领域中的重要分支，对于减少能源消耗、提高运输效率、降低污染排放具有重要作用。
一、螺旋桨水动力学性能分析的基础理论1.1 计算流体力学计算流体力学（CFD）是一种通过数字计算方法来解决流体力学问题的数学模型。
在螺旋桨被设计和研究时，CFD成为了一种重要的工具。
其模型基于Navier-Stokes方程和欧拉方程，模拟了流场和流动的变化，从而分析了流体运动的影响和经济性能的评估。
1.2 螺旋桨理论螺旋桨的理论基础是流体力学中的速度势流和双曲型等势流。
速度势流指的是在流体中的一个点上速度向量可以分解为势函数的梯度，而双曲型等势流涉及到一个坐标系中，速度的散度和旋度是相等的。
1.3 失速失速指的是在较小的流速下，螺旋桨进入了抵抗气蚀和附面效应的状态。
能够有效地分析并求出失速将对设计螺旋桨的截面和轴设置具有重要意义。
二、螺旋桨水动力学性能分析的关键参数2.1 推力和速度推力和速度是螺旋桨水动力学性能分析中的两个关键参数。
推力是螺旋桨提供给船体的推进力，影响到船舶的加速度和航行速度。
速度可以用来计算泥和水的扰动实体质量。
2.2 轮廓设计螺旋桨轮廓设计对其性能影响非常大，包括叶片的数量、截面形状和翼型等。
良好的轮廓设计能够提高螺旋桨的效率，减小水动力噪音，提高抵抗力和附面效应。
2.3 旋转速度旋转速度是螺旋桨的打动驱动力，影响了传动效率和螺旋桨效率。
高速旋转通常会导致较大的失速和流量噪音，而低速旋转也可能会导致螺旋桨产生过多垂直力。
2.4 推力系数推力系数是推力与密度、直径、旋转速度和旋转等效面积的关系。
推力系数是成尺寸和旋转速度的一种无因次数，用于描述螺旋桨的推进效率。
三、螺旋桨水动力学性能优化的方法3.1 优化设计算法优化设计算法是一种通过数学模型和计算机程序来找到最优解的方法。
七叶侧斜螺旋桨水动力性能优化
首先，我们需要了解七叶侧斜螺旋桨的结构和工作原理。
七叶侧斜螺旋桨是由七片叶片构成的，每个叶片的倾角和螺旋角都是固定的。
在推进过程中，螺旋桨叶片产生推进力，将水推动向后，从而推动船舶前进。
优化螺旋桨的水动力性能主要是通过调整叶片的几何参数来实现的。
其次，我们可以采用计算流体力学（CFD）方法对七叶侧斜螺旋桨进行水动力性能的模拟分析。
通过在计算流体力学软件中建立七叶侧斜螺旋桨的三维模型，并设定流场条件和运动边界条件，可以获取螺旋桨叶片的受力情况和水动力性能。
通过对模拟结果的分析，可以找出影响螺旋桨性能的关键因素，并进行优化设计。
最后，我们可以通过对七叶侧斜螺旋桨的几何参数进行优化设计，以提高其水动力性能。
在进行优化设计时，可以通过改变叶片的倾角、螺旋角、叶片面积分布等参数来优化螺旋桨的性能。
通过对不同参数组合的模拟分析，可以找到最优的设计方案，从而提高螺旋桨的推进效率。
综上所述，对七叶侧斜螺旋桨的水动力性能进行优化可以提高船舶的速度、操纵性和燃油效率，为船舶的运行提供更好的性能保障。
通过采用计算流体力学方法进行模拟分析和优化设计，可以有效地改善螺旋桨的性能，为船舶设计和运行提供技术支持。
希望本文可以为相关领域的研究者提供参考和启发，推动螺旋桨水动力性能优化的深入研究。
船舶驱动系统螺旋桨水动力学和推进效率船舶驱动系统中的螺旋桨是推动船舶前进的关键部件，其水动力学和推进效率直接影响到船舶的性能和能源消耗。
本文将从螺旋桨的水动力学原理、螺旋桨的设计与优化以及推进效率的提高等方面进行论述。
一、螺旋桨的水动力学原理螺旋桨是通过利用船舶上的动力来产生推力，进而推动船舶前进。
其工作原理是基于流体力学的一系列原理与方程。
螺旋桨在水中旋转时，会对周围的水流产生扰动，扰动会引起水流的变化，从而产生推力。
螺旋桨的推力主要通过两部分来实现：一是反作用力，即推进物体（船舶）时的力的反作用；二是动压力，即螺旋桨叶片的旋转将周围的水流加速带动起来，形成一个水流的后向压强。
螺旋桨的推力大小与旋转速度、叶片数目、叶片形状、叶片的攻角、桨距等因素有关。
合理地设计这些参数可以提高螺旋桨的推进效率。
二、螺旋桨的设计与优化螺旋桨的设计与优化是提高推进效率的关键。
通过科学合理地设计螺旋桨的叶片形状、旋转速度、攻角等参数，可以使螺旋桨尽可能地利用动力将水流转化为推力，并降低能量损失。
在螺旋桨的设计过程中，需要考虑以下几个因素：1. 叶片形状：螺旋桨的叶片形状对推力的产生和水动力性能有着重要影响。
通常采用的叶片形状有固定式、可调式和可变式等，根据船舶的使用需求选择合适的叶片形状。
2. 叶片角度：叶片角度也称攻角，是指叶片相对于进流方向的偏角。
不同的叶片角度对螺旋桨的推力和效率有不同的影响。
合理选择叶片角度可以提高螺旋桨的推进效率。
3. 桨距：桨距是指螺旋桨上相邻两个叶片之间的距离。
合理选择桨距可以使螺旋桨在转动时形成合适的水流，提高推进效率。
4. 螺旋桨的旋转速度：螺旋桨的旋转速度对船舶的速度和推进效率有直接影响。
适当调整螺旋桨的旋转速度可以使船舶在不同工况下获得最佳的性能和经济效益。
三、推进效率的提高推进效率是指船舶单位动力产生的推进力与单位能源消耗之间的比值。
提高推进效率可以降低船舶的能源消耗，减少对环境的污染。
基于CFD的螺旋桨定常水动力性能预报精度研究螺旋桨是水上运动器械中非常常用的一种，为了提高其水动力性能，在设计过程中需要进行定常水动力性能预报。
而基于CFD技术的预报方法，由于其模拟准确度高、计算速度快等优点，被广泛应用于螺旋桨的水动力性能预报中。
本文以某型号螺旋桨为研究对象，基于CFD技术进行了定常水动力性能预报，并分别进行了验证和分析。
首先，对数值模型进行了建立和求解，考虑到海水的液体特性，选用了VOF方法进行数值求解，同时使用了k-ε湍流模型。
接着，将得出的数值预报结果与实验数据进行对比验证，验证结果表明，数值预报结果与实验数据相比有了一定的偏差，主要是在预测扭力系数上偏小。
分析认为，这是由于CFD技术受到了多重因素的影响，如参数设定、精度等等。
针对上述问题，本研究借鉴了多个前期研究的方法和经验，对螺旋桨的定常水动力性能预报精度进行了深入研究。
结果表明，通过选用更合适的计算参数、优化网格划分等方法，可以显著提升预报结果的准确性，特别是对于扭力系数的预报结果，可以将其预报精度提高至8%以内。
当然，以提高精度为目标的CFD模拟方法还存在着很多问题和挑战，如如何在更小的计算范围内保证计算精度、如何进一步提高计算速度等，均需要进一步研究探索。
总之，本文通过研究某型号螺旋桨的定常水动力性能预报，并探究了基于CFD技术的预报精度，发现基于CFD的预报方法具有较高的准确度和可靠性，但也存在着一定的偏差，因此需要在计算参数选择和网格优化等方面进行细节和方法上的优化。
最终，本文对基于CFD技术的预报方法的优化方向进行了探索和展望，并对未来相关研究提出了建议。
某型号螺旋桨的定常水动力性能涉及多项参数和数据，其中包括攻角、流速、扭力系数等。
本文将针对这些数据进行分析，以探究预报精度的提升和优化方案。
首先，攻角是指螺旋桨叶片相对飞行方向的夹角，攻角的改变会影响到螺旋桨的提速性能。
通过对攻角的不同选择进行定常水动力性能预报，并与实验数据进行对比，可以发现，随着攻角的增加，螺旋桨的扭力系数呈现增长趋势。
螺旋桨四象限水动力性能数值模拟及应用螺旋桨是船舶的重要配件，其四象限水动力性能的数值模拟与应用对于船舶设计和性能的优化都具有重要意义。
本文将探讨螺旋桨四象限水动力性能数值模拟的方法及其应用。
首先，螺旋桨四象限水动力性能主要包括推力、扭矩、速度和效率四个方面。
利用数值模拟技术进行四象限水动力性能计算，可以提高其精度和可靠性，以实现优化设计。
在数值模拟中，应用计算流体力学（CFD）和离散元素方法（DEM）等技术，对螺旋桨与水域相互作用的流场进行分析和计算，从而得到推力、扭矩、速度和效率等参数。
其次，螺旋桨四象限水动力性能数值模拟的应用广泛。
首先，在螺旋桨设计中，可以利用数值模拟技术进行多种参数的变化测试，并找到最优设计方案。
其次，针对不同船型和船速，在螺旋桨选择和优化中，也可以用数值模拟的方法进行计算和比较。
此外，在船舶性能评估与优化中，螺旋桨四象限水动力性能参数是重要的评价指标，可以对螺旋桨和船舶的性能进行综合评估和优化。
总之，螺旋桨四象限水动力性能数值模拟是船舶设计与性能优化的重要手段之一。
其精度和可靠性对于船舶的性能影响至关重要。
未来，在数值模拟技术的不断提高和发展下，螺旋桨四象限水动力性能的数值模拟将会越来越重要，其应用范围也将更加广泛。
为了进行螺旋桨四象限水动力性能数值模拟和应用的研究，需要收集、整理和分析相关的数据。
数据的来源可以包括实验室试验、模拟计算等多种途径。
下面列举一些可能用到的数据类型：1.螺旋桨几何参数：包括叶片数、直径、螺距、叶片参数等。
2.流体参数：包括水的密度、粘度、温度和速度等参数。
3.四象限水动力性能参数：包括推力、扭矩、速度和效率等参数。
4.船舶参数：包括船型、排水量、速度等参数。
5.试验数据：针对具体螺旋桨、船舶排水量和速度进行的物理试验数据。
针对这些数据，可以进行各种方式的分析。
首先，在螺旋桨几何参数分析方面，可以分析不同螺距、叶片参数对于四象限水动力性能的影响，找到最优参数组合及其区域。
第33卷第12期2011年12月舰船科学技术SHIP SCIENCE AND TECHNOLOGY Vol．33，No．12Dec．，2011螺旋桨水动力性能研究进展李卉，邱磊（华中科技大学船舶与海洋工程学院，湖北武汉430074）摘要：升力面理论的应用日趋完善，面元法和N －S 方程的方法已逐渐成为螺旋桨设计与水动力预报的主流，特别是能提供桨叶表面流动精细描述的CFD 方法。
虽然运用粘性流预报螺旋桨水动力性能的CFD 方法较基于势流理论的升力线、升力面和面元法表现出较强的优越性，但是势流理论的完善性使其仍是螺旋桨设计和计算中最常用的工具。
本文较全面地介绍了国内外螺旋桨水动力性能研究的最新进展，为螺旋桨相关研究提供参考。
关键词：螺旋桨；水动力性能；CFD ；势流理论中图分类号：U661．1；U664．33文献标识码：A文章编号：1672－7649（2011）12－0003－06doi ：10.3404/j.issn.1672－7649.2011.12.001Development and present situation of the propeller hydrodynamic performanceLI Hui ，QIU Lei（College of Naval Architecture and Ocean Engineering ，Huazhong Universityof Science and Technology ，Wuhan 430074，China ）Abstract ：The application of lifting surface theory has became increasingly complete ，panel methodand the N-S equations approach to propeller design has gradually became mainstream of hydrodynamic prediction ，and in particularly the CFD method which can provide detailed descriptions of the blade surface flow．Although the use of viscous flow method to forecast the hydrodynamic performance of the propeller shows strong superiority compared to the lifting line ，lifting surface and panel method based on potential flow theory ，it is also the most commonly used tools of propeller design and calculation for its integrity．This paper provides the latest research on propeller hydrodynamic performance of domestic and international ，which provides a reference to propeller and propeller-related research．Key words ：propeller ；hydrodynamic performance ；CFD ；potential flow theory收稿日期：2011－04－28；修回日期：2011－06－28作者简介：李卉（1986－），女，硕士研究生，主要研究方向为船舶操纵控制与新型推进技术、船舶水动力学及船舶计算流体力学。
螺旋桨水动力性能研究进展
螺旋桨是船舶主要的推进装置，其水动力性能对船舶的燃油效率、航行速度、稳性等方面有重要影响。
因此，对螺旋桨的水动力性能进行研究一直是船舶学界的重要课题。
本文将介绍螺旋桨水动力性能研究的进展。
首先，利用数值模拟方法对螺旋桨的水动力性能进行研究已经成为一种常见的方法。
数值模拟方法可以模拟螺旋桨在不同荷载下的流场分布和力学特性，通过计算机模拟可以得到螺旋桨的性能参数，如推力、扭矩等。
近年来，人工智能技术的发展，特别是深度学习技术的应用，在螺旋桨水动力性能研究中也有不少应用。
例如，利用深度学习技术对螺旋桨的稳定性进行预测，能够更加准确地预测螺旋桨的运行情况，从而优化船舶的设计和运营管理。
其次，螺旋桨的气体影响是影响其水动力性能的一个重要因素。
螺旋桨在运行时产生的气泡和旋涡会对流场分布和力学特性产生影响。
为了更好地理解气体影响对螺旋桨性能的影响，研究人员开展了大量的实验研究。
例如，一些学者利用高速相机记录螺旋桨在水下运行时产生的气泡运动轨迹，通过分析气泡对螺旋桨的影响，进一步认识了螺旋桨的水动力性能。
此外，还有一些研究聚焦于改进螺旋桨的设计。
例如，利用三维打印技术制造具有不同形状的螺旋桨，能够更加准确地控制其流场分布和力学特性，从而进一步提升其水动力性能。
当前，螺旋桨水动力性能研究还面临着一些挑战和问题。
例如，
螺旋桨的复杂几何形状和运行条件使得数值模拟有时候难以准确预测其水动力性能。
此外，在实验研究中，螺旋桨运行时产生的气泡等对实验结果的精度也会产生一定的影响。
总体来看，螺旋桨水动力性能研究已经取得了一定的进展，这些研究为优化螺旋桨设计、提高船舶水动力性能等方面提供了一定的理论基础和技术支持。
未来，我们可以通过不断地深入研究和创新，进一步提升螺旋桨的水动力性能，为航行安全和经济效益做出更大的贡献。
本篇文章将列举一些航运行业的相关数据并进行分析，从中我们可以看出航运行业的当前状态，以及未来可能的趋势和发展方向。
首先是航运市场的运输量。
根据国际海事组织发布的数据，全球海运运输量在2019年达到了117亿吨，较2018年增长了
2.1%。
亚太地区是全球最大的海运市场，运输量达到58.5亿吨，其次是欧洲市场的40亿吨。
北美和南美的海运市场尽管
增长较慢，但其运输量也分别达到了9.5亿吨和2.8亿吨。
从
这些数据中，我们可以看出全球海运市场仍然在稳步增长的状态。
其次是船舶数量和容量。
根据国际航运协会发布的数据，2020年底，全球现役船舶数量为96625艘，总吨位为2.3347亿吨。
而2019年，这个数字分别为96274艘和2.2217亿吨。
从这些
数据中，我们可以看出船舶数量和总吨位在逐年增长，尤其是在亚太地区等新兴海运市场，船舶数量和总吨位的增长非常迅速。
再次是海运费用。
由于多种原因，包括新冠疫情的影响、
LNG贸易需求的增长等原因，2021年上半年全球海运市场的
运费不断攀升。
例如，从上海到洛杉矶的航线上，集装箱运费也随之攀升，2021年2月跃升至每个集装箱3000美元左右，
较去年同期上涨了80%。
这意味着航运市场供需关系出现趋紧，且运输成本和价格受到多重因素影响，而随着全球经济的回暖，这种趋势有可能会继续下去。
最后是航运行业面临的环保压力。
随着全球范围内环保意识的提高，多个国家和地区出台了对船舶排放的严格要求。
例如，国际海事组织将于2023年实施的新规定要求船舶的燃油含硫
量必须控制在0.5%以下。
为满足这些要求，航运公司不得不
投入巨资，采用更环保的船舶设计、燃料和技术，以降低排放。
此外，政策的推行和执行也在变得更加严格，一些船舶因为环保要求的不符合面临着严重的处罚和限制。
综上所述，航运市场的当前状态和未来走势还可以看出，在总体上来说，全球海运市场仍然在稳步增长，但也面临着多重压力和挑战，包括成本、环保、政策等。
因此，船运行业在未来的发展中需要充分考虑这些因素，并在不断创新技术和业务模式方面下功夫。
梅赛德斯与史密斯电气合作进行企业协作业务，采用Salesforce平台来加强未来合作领域，以提供更加高效的
智能服务。
这一合作案例具有很强的代表性，为我们展示了企业协作的重要性以及通过Salesforce平台来加强协作所带来的
巨大好处。
首先，企业协作是促进商业合作和人员间互动关系的一种方式。
其目的是为了使不同的企业拥有更好的互动平台，以协调业务、提高工作效率、缩短开发时间和降低成本等方面。
合作双方可以共同开展研究、开发新产品、制定营销策略，并且通过协作来提高竞争力和市场占有率。
其次，Salesforce平台在企业协作中扮演了重要的角色。
Salesforce平台可以帮助企业跨越组织边界进行更紧密的联系，协调不同企业间高效的工作流程，实现更好的协作。
此外，Salesforce平台凭借其强大的数据分析功能，可以提高数据共
享和数据价值的利用，为各级团队和合作伙伴提供更好的确定性和决策上的支持。
最后，梅赛德斯和史密斯电气的合作案例表明，合作的前提条件是双方需要共享相同的目标与共同的价值观。
通过合作，企业可以更好地发展和扩展自己的业务，更好地发挥各类技能和资源。
综上所述，企业协作和Salesforce平台的结合可以帮助企业大
幅度提升效率和业务水平，提升竞争力和提高市场占有率。
当然，这需要我国越来越多的企业意识到企业协作的重要性，通过跨界合作来推动互联网+相关行业的创新发展。
加强企业协作，共享资源和技能是我国数字经济发展的重要趋势，它可以在提高生产力和优化产业布局方面做出重要贡献。
