考虑变形的螺旋桨水动力及变形特性研究

波浪中的螺旋桨水动力性能数值分析
张耕;姚建喜
【期刊名称】《上海交通大学学报》
【年(卷),期】2024(58)2
【摘要】传统的螺旋桨水动力性能研究主要针对静水条件,但船后工作的螺旋桨经常会受到波浪的影响.从文献情况来看,目前与波浪中螺旋桨水动力性能相关的研究
工作相对较少.有鉴于此,采用基于OpenFOAM的雷诺平均NS(RANS)求解器,计算、分析波浪对螺旋桨推力及转矩的影响.研究结果表明:在波浪的作用下,螺旋桨推力及转矩的时间历程曲线发生振荡,且随着浸深与进速系数减小,水面扰动变大,时历曲线的振荡幅度增大;与静水条件相比,在浸深与进速系数相同的情况下,波浪中螺旋桨推力及转矩的平均值减小;计算结果与现有的试验数据吻合良好.
【总页数】13页(P175-187)
【作者】张耕;姚建喜
【作者单位】武汉理工大学高性能舰船技术教育部重点实验室;武汉理工大学船海
与能源动力工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】U664.33
【相关文献】
1.斜流中螺旋桨非定常水动力性能的数值分析
2.波浪状态下的螺旋桨水动力性能实验研究
3.螺旋桨毂帽鳍水动力性能数值分析
4.升力分配系数对螺旋桨正倒车水动力性能影响的数值分析
5.船舶螺旋桨水动力性能数值分析
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不同纵倾角螺旋桨三维建模及水动力性能分析裴海鹏;刘荣【摘要】螺旋桨是一种效率较高、结构简单的水下推进器,广泛应用于水下机器人的推进机构.为了优化螺旋桨的水动力性能,对螺旋桨纵倾角进行了研究.依据螺旋桨基本参数、各切面形状尺寸及坐标转换公式,计算出螺旋桨叶面型值点的空间坐标,并创建螺旋桨三维模型,对其建立流体计算域,再通过计算流体力学仿真C FD对螺旋桨的推力系数、转矩系数和敞水效率进行数值模拟.获得螺旋桨表面的压力分布情况,通过分析比较得出,螺旋桨纵倾角的改变对其敞水性能的影响较小,在主要参数中不占主导地位.【期刊名称】《杭州电子科技大学学报》【年(卷),期】2018(038)002【总页数】6页(P78-83)【关键词】螺旋桨纵倾角;三维建模;数值模拟;水动力性能【作者】裴海鹏;刘荣【作者单位】杭州电子科技大学机械工程学院,浙江杭州310018;杭州电子科技大学机械工程学院,浙江杭州310018【正文语种】中文【中图分类】U664.330 引言水下机器人是水下探索必不可少的设备，其动力核心是螺旋桨推进机构。

深入研究螺旋桨各参数的改变对其水动力性能的影响，对提高推进机构的敞水性能至关重要。

螺旋桨主要参数有螺距比、叶切面拱度、纵倾角等，有学者研究螺旋桨螺距变化对其水动力性能的影响，其研究表明增大螺旋桨的螺距比会使其推力、转矩和效率增大[1]；也有研究人员发现了轴所在的深度不同，螺旋桨的水动力性能也会有所差异[2]；还有学者在研究叶切面拱度后，得出了减小叶切面拱度会导致其转矩、推力变小，不过能够提高其抗空泡性能与敞水效率。

提高螺旋桨的性能仍是一个不断追求的过程，需要从各个方面进行深入研究。

查阅国内外大量文献并调研螺旋桨相关市场发现，目前对螺旋桨纵倾角研究少，但该参数不管是对其水动力性能还是对遥控无人潜水器(Remote Operated Vehicle，ROV)稳定运行都有一定的影响，对其研究分析是有必要的。

风浪中螺旋桨水动力变化的实用计算方法
梁前超;万林;张永胜
【期刊名称】《舰船科学技术》
【年(卷),期】2006(028)004
【摘要】风浪中螺旋桨水动力变化规律是研究舰船在风浪中速航性能的重要方面.本文参照有关文献,提出了一种计算风浪中螺旋桨推力、转矩损失的实用定量计算方法,既可用于较精确地估算舰船在风浪中的增阻和失速,还可供提高舰船在风浪中速航性的研究和螺旋桨设计参考.
【总页数】4页(P32-35)
【作者】梁前超;万林;张永胜
【作者单位】海军工程大学,动力系,湖北,武汉,430033;海军大连舰艇学院,博士生队,辽宁,大连,116018;海军大连舰艇学院,科研部,辽宁,大连,116018
【正文语种】中文
【中图分类】U661.31+3
【相关文献】
1.斜流中艇后螺旋桨水动力数值计算方法 [J], 张文照;肖昌润
2.导管螺旋桨水动力与结构强度计算方法研究 [J], 朱俊飞;周瑞平;林雨;胡义
3.侧斜变化对螺旋桨水动力及变形振动特性的影响 [J], 张瑞;王先洲;张志国;江伟健;陶铸
4.水动力时空变化对近岸风浪演化的影响——以渤海湾西南岸为例 [J], 夏波;张庆
河;杨华
5.对转螺旋桨在斜流中的水动力性能研究 [J], 王浩天;吴家鸣;周长科
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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。

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。

螺旋桨优化设计及特性分析概述：螺旋桨作为船舶和飞行器的重要部件，具有至关重要的作用。

优化设计和特性分析是研究螺旋桨性能的关键。

本文将从螺旋桨的设计原理、优化流程及特性分析三个方面探讨螺旋桨的优化设计及特性分析。

螺旋桨的设计原理：螺旋桨设计的基本原理是通过叶片的几何参数和其绕中心轴的旋转来造成流体的流动，从而产生推力。

螺旋桨的设计要素主要包括叶片数、叶片截面形状、叶片扭曲、叶片展位角等。

其中，叶片数和叶片截面形状直接影响螺旋桨的推进效率，而叶片扭曲和展位角的设计则会影响螺旋桨的噪音、振动等特性。

螺旋桨优化设计的流程：螺旋桨的优化设计可以分为几个步骤，包括初始设计、离散化、流场计算、性能评价和优化设计。

在初始设计阶段，需要确定螺旋桨的类型、工作条件和设计目标。

离散化是将连续的叶片分割成离散的控制点，以便进行后续的流场计算。

流场计算使用计算流体力学方法，通过求解流体力学方程组，分析螺旋桨的流场，得到其叶片负载和推力性能。

性能评价是对螺旋桨的性能指标进行综合评估，包括推力、效率和噪音等方面。

最后，根据评价结果进行优化设计，通过改变叶片几何参数，实现螺旋桨性能的最优化。

螺旋桨特性分析：除了优化设计，对螺旋桨特性的分析也是非常重要的。

特性分析包括推力特性、效率特性、噪音特性等方面。

推力特性是指在不同工况下，螺旋桨的推力输出量和输入功率之间的关系。

效率特性是指螺旋桨的功率转换效率，即输出推力与输入功率的比值。

噪音特性是指螺旋桨在运行时产生的噪音水平，主要影响因素有叶片振动、湍流噪音和相对流噪音等。

通过对这些特性的分析，可以评估螺旋桨的性能并对其进行改进。

结论：螺旋桨优化设计及特性分析是提高螺旋桨性能的关键。

通过合理的设计和优化，可以提高螺旋桨的推进效率和降低噪音水平，从而提升船舶和飞行器的整体性能。

在未来的研究中，可以结合新的设计理念和计算方法，进一步提高螺旋桨的性能，并在实际应用中持续改进和优化。

总而言之，螺旋桨的优化设计及特性分析是一个复杂且持续的工作，需要综合考虑多个因素和方法。

第三章--螺旋桨基础理论及⽔动⼒特性第三章螺旋桨基础理论及⽔动⼒特性关于使⽤螺旋桨作为船舶推进器的思想很早就已确⽴，各国发明家先后提出过很多螺旋推进器的设计。

在长期的实践过程中，螺旋桨的形状不断改善。

⾃⼗九世纪后期，各国科学家与⼯程师提出多种关于推进器的理论，早期的推进器理论⼤致可分为两派。

其中⼀派认为：螺旋桨之推⼒乃因其⼯作时使⽔产⽣动量变化所致，所以可通过⽔之动量变更率来计算推⼒，此类理论可称为动量理论。

另⼀派则注重螺旋桨每⼀叶元体所受之⼒，据以计算整个螺旋桨的推⼒和转矩，此类理论可称为叶元体理论。

它们彼此不相关联，⼜各能⾃圆其说，对于解释螺旋桨性能各有其便利处，然亦各有其缺点。

其后，流体⼒学中的机翼理论应⽤于螺旋桨，解释叶元体的受⼒与⽔之速度变更关系，将上述两派理论联系起来⽽发展成螺旋桨环流理论。

从环流理论模型的建⽴⾄今已有六⼗多年的历史，在不断发展的基础上已⽇趋完善。

尤其近⼆⼗年来，由于电⼦计算机的发展和应⽤，使繁复的理论计算得以实现，并促使其不断完善。

虽然动量理论中忽略的因素过多，所得到的结果与实际情况有⼀定距离，但这个理论能简略地说明推进器产⽣推⼒的原因，某些结论有⼀定的实际意义，故在本章中先对此种理论作必要介绍，再⽤螺旋桨环流理论的观点分析作⽤在桨叶上的⼒和⼒矩，并阐明螺旋桨⼯作的⽔动⼒特性。

⾄于对环流理论的进⼀步探讨，将在第⼗⼆章中再⾏介绍。

§3-1 理想推进器理论⼀、理想推进器的概念和⼒学模型推进器⼀般都是依靠拨⽔向后来产⽣推⼒的，⽽⽔流受到推进器的作⽤获得与推⼒⽅向相反的附加速度(通常称为诱导速度)。

显然推进器的作⽤⼒与其所形成的⽔流情况密切有关。

因⽽我们可以应⽤流体⼒学中的动量定理，研究推进器所形成的流动图案来求得它的⽔动⼒性能。

为了使问题简单起见，假定：（1）推进器为⼀轴向尺度趋于零，⽔可⾃由通过的盘，此盘可以拨⽔向后称为⿎动盘(具有吸收外来功率并推⽔向后的功能)。

侧斜变化对螺旋桨水动力及变形振动特性的影响张瑞;王先洲;张志国;江伟健;陶铸【期刊名称】《中国舰船研究》【年(卷),期】2015(010)006【摘要】由于艇后伴流场的不均匀性,螺旋桨运转时,周期性变化的载荷与桨叶结构的耦合作用会使桨叶发生变形.基于ANSYS Workbench平台,利用ACT_Transient FSI技术,将Fluent结果直接转换导入有限元求解器来计算螺旋桨结构响应,从而实现艇后螺旋桨瞬态单向的耦合分析.以DTMB 4381,DTMB 4382和DTMB 4383桨为研究对象,对艇后螺旋桨的水动力特性及桨叶的变形等进行数值模拟.结果表明:随着螺旋桨侧斜角的增加,脉动推力振荡明显减弱,桨叶最大变形量增加,但桨叶振动明显减弱.【总页数】8页(P87-94)【作者】张瑞;王先洲;张志国;江伟健;陶铸【作者单位】华中科技大学船舶与海洋工程学院,湖北武汉 430074;华中科技大学船舶与海洋工程学院,湖北武汉 430074;华中科技大学船舶与海洋工程学院,湖北武汉 430074;华中科技大学船舶与海洋工程学院,湖北武汉 430074;华中科技大学船舶与海洋工程学院,湖北武汉 430074【正文语种】中文【中图分类】U661.1【相关文献】1.均匀湍流诱发的侧斜螺旋桨的随机振动特性研究 [J], 王力;谌勇;郭云松;华宏星2.侧斜与负载对螺旋桨无空化和空化水动力性能的影响 [J], 杨琼方;王永生;张志宏3.平衡侧斜和偏侧斜对船舶螺旋桨水动力性能的影响 [J], 陆金铭;冯先忍;冯兆缘4.侧斜分布对七叶侧斜螺旋桨的水动力性能影响研究 [J], 齐江辉; 陈强; 郭翔; 吴述庆5.侧斜分布对七叶侧斜螺旋桨的水动力性能影响研究 [J], 齐江辉; 陈强; 郭翔; 吴述庆因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

螺旋桨-扭曲舵系统水动力性能数值预报付翯翯;邹早建【摘要】采用CFD方法对由螺旋桨和扭曲舵组成的桨-舵系统的水动力进行数值计算,采用非定常RANS方程和RNG k-ε湍流模型,使用滑移网格模拟螺旋桨旋转.对由B4-70型螺旋桨和常规舵组成的桨-舵系统进行数值计算,和试验数据对比验证数值方法的有效性;以某螺旋桨及NACA剖面常规舵、扭曲舵、带舵球的扭曲舵和带端板的扭曲舵4种舵型为对象的桨-舵系统进行数值预报,分析舵型对螺旋桨水动力性能的影响、舵表面压力分布以及不同舵角下舵升力的变化规律.结果表明,设计工况扭曲舵能提高敞水效率的效果;大舵角时,扭曲舵可以提高舵升力;选择扭曲舵的时候,要考虑与螺旋桨的配型问题.【期刊名称】《船海工程》【年(卷),期】2016(045)003【总页数】5页(P21-25)【关键词】扭曲舵;桨-舵系统;水动力;计算流体动力学;数值预报【作者】付翯翯;邹早建【作者单位】上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院,上海200240;上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院,上海200240;上海交通大学海洋工程国家重点实验室,上海200240【正文语种】中文【中图分类】U661.31由于能源需求日益增大，节能减排问题越来越突出。

在船舶工程界，为减少船舶尾流的能量损失，各国都在尝试研发特种舵等节能附体装置，如扭曲舵，带舵球、端板的舵等。

扭曲舵是将舵各高度处的剖面扭转，以使舵与螺旋桨达到更合理的配合，提高船舶推进性能[1]。

舵球安装在舵叶上对应于桨轴的位置，可以减小螺旋桨桨毂引起的压差阻力以减缓毂涡的产生，同时可以减小螺旋桨周向诱导速度以及提高桨盘面处的伴流均匀度[2]。

端板安装在舵的上下两端处，有利于提高舵效和船舶的操纵性能[3]。

扭曲舵的思想最早出现在20世纪30年代[4]。

目前的研究主要集中在扭曲舵的节能效果数值计算[5-10]，对扭曲舵与增设其他节能附体装置的新型扭曲舵的水动力研究较少。

基于CFD的船舶双螺旋桨水动力性能分析孔金平;吴波涛;孔令志【摘要】目前,采用双螺旋桨的船舶较为广泛,但是由于船桨之间的相互干扰,造成螺旋桨水动力性能存在差异.本文以某型船舶双螺旋桨作为研究对象,基于滑动网络技术,采用ICEM软件建立螺旋桨的三维模型,采用Fluent软件预报螺旋桨的水动力性能.选取k?ε 和k?ω两种不同的湍流模型,分析了湍流模型对螺旋桨水动力性能的影响.采用对称边界模型对双螺旋桨进行数值计算,与单螺旋桨进行对比分析,双螺旋桨提升了推进效率.【期刊名称】《舰船科学技术》【年(卷),期】2019(041)003【总页数】5页(P37-41)【关键词】CFD;水动力性能;双螺旋桨;滑动网络【作者】孔金平;吴波涛;孔令志【作者单位】中国卫星海上测控部,江苏江阴 214431;中国卫星海上测控部,江苏江阴 214431;中国卫星海上测控部,江苏江阴 214431【正文语种】中文【中图分类】U662.20 引言近年来，越来越多的船舶采用双主机推进，双主机推进可以增强操纵的灵活性和机动性，同时推进效率、使用寿命和经济性也得到提高。

双主机推进时，2个螺旋桨之间存在一定的干扰和相互作用，因此有必要对双螺旋桨的水动力性能进行研究。

CFD方法是目前普遍采用的数值计算方法，已经逐步取代部分模型试验用于船舶水动力性能的预报。

CFD方法不仅花费低、时间短，而且可视化效果好，在节约成本、提供效率方面有明显优势。

本文采用目前国际上比较流行的商用网格划分软件ICEM，建立了某型船舶双螺旋桨系统的三维网格模型，通过商用CFD计算软件Fluent，应用滑动网格技术，对双螺旋桨系统进行了数值计算。

选取2种常用的湍流模型和，分别预报螺旋桨的水动力性能，并进行对比分析。

1 数学模型计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics，CFD）是数值计算方法和计算机科学结合的产物。

以计算机为工具，采用离散化的数学方法，对流体的流动包括压力、速度和能量等相关物理量进行数值模拟和分析研究，以解决各类实际问题。

基于势流理论和粘性流理论的螺旋桨水动力性能分析螺旋桨水动力性能预报经历了升力线、升力面、面元法以及基于求解RANS方程的CFD方法几个阶段。

升力线方法过于简化导致求解精度不够，升力面在升力线的基础上有所进步但由于其是建立在薄翼理论基础上的，不能精确地描述螺旋桨的几何外形以至于不能正确的预报桨叶压力分布和空泡性能，其计算精度也不能令人满意。

面元法能很好地处理桨毂、导边及桨叶上的空泡影响，更精确地描述复杂的螺旋桨几何外形，克服升力线和升力面的不足，对复杂的翼身结构作了更为精确的离散化处理，同时消除升力面理论中薄翼假设带来的导边奇性，更精确地预估导边附近和剖面较厚处的压力分布并能计及桨毂的存在及桨毂对螺旋桨性能和桨叶压力分布的影响。

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。

虽然升力面和面元法能成功的预报螺旋桨在稳定流和非稳定流中的水动力性能，但是这些理论方法都是建立在势流的基础上，计算过程中忽略了粘性影响，因此在工程应用中需要对设计和计算结果进行粘性修正。

由于势流理论忽略粘性力导致我们在研究尺度效应对实船的影响、空泡与黏性流的非线性相互作用、螺旋桨桨叶表面边界层和尾流涡的结构与力学机理等问题时都无法给出定量的计算结果，特别是势流计算方法无法捕捉桨叶附近的细节流动如桨叶随边涡的结构，严重影响了螺旋桨性能的预报精度。

基于RANS方程的计算流体力学方法为上述问题的解决提供了有效地解决方案。

求解RANS方程的商业软件相继出现并不断完善，很明显在螺旋桨水动力性能数值预报方面CFD方法已成为主流研究方向。

对湍流模式、网格生成、近壁面模型等CFD关键问题不断改进后，CFD代码分析复杂流动的能力大幅提高。

尽管如此，涉及物理模型的逼真度、数学理论以及如何选择基准检验试验验证方案等复杂问题时，CFD方法还存在一定的不确定性，成为CFD研究领域中极具挑战性的前沿课题。

螺旋桨性能研究范文螺旋桨是一种提供推力的装置，广泛应用于航空、航天、风力发电等领域。

它的性能研究对于提高其效率、降低噪音、减少振动等方面都具有重要意义。

本文将从几个方面对螺旋桨性能进行研究。

首先，螺旋桨的推力性能是研究的重点之一、推力性能与螺旋桨的设计参数、材料特性以及流体动力学相互关联。

在螺旋桨设计中，需要考虑螺旋桨的直径、螺距、叶片形状、叶片数目等参数。

这些参数会直接影响到螺旋桨的推力性能。

通过理论计算、数值模拟以及实验测量等手段，可以研究不同参数对螺旋桨推力性能的影响，进而优化螺旋桨设计，提高其推力效率。

其次，螺旋桨的噪音性能也是性能研究的重要内容之一、由于螺旋桨在运行过程中会产生涡流和压力波，这些涡流和压力波会引起噪音。

对螺旋桨噪音性能的研究可以帮助减少噪音污染对环境和人体的影响。

在研究中，可以通过声学测量、声学分析以及降噪技术等措施，对螺旋桨噪音进行评估和优化，以降低噪音水平，提高舒适性和安全性。

此外，螺旋桨的振动性能也是需要关注的重点。

螺旋桨在高速旋转时会受到惯性力和气动力的作用，导致螺旋桨产生振动。

振动会影响螺旋桨的使用寿命、安全性以及舒适性。

因此，对螺旋桨振动性能的研究非常重要。

通过动力学分析、结构优化以及材料选择等手段，可以减少螺旋桨的振动，提高其运行稳定性和使用寿命。

最后，螺旋桨的风力转化效率也是性能研究的关注点之一、螺旋桨在风力发电中的应用越来越广泛，风力转化效率的高低直接影响到风力发电系统的经济性和可持续性。

因此，对螺旋桨风力转化效率的研究具有重要意义。

通过数值模拟、风洞实验以及现场测量等手段，可以研究不同参数对螺旋桨风力转化效率的影响，以提高风力发电系统的整体效率。

总之，螺旋桨性能的研究对于优化其设计、降低噪音、减少振动以及提高风力转化效率等方面都具有重要意义。

通过对螺旋桨性能的深入研究，可以进一步提高其性能，满足不同领域的需求。

基于CFD的船舶导管螺旋桨的水动力性能研究欧礼坚;安源【摘要】运用计算流体力学软件对黏性流场中导管螺旋桨的水动力性能进行了计算研究,模拟了导管螺旋桨在不同进速系数下的推力系数、转矩系数、导管螺旋桨表面压力分布等.首先利用UG及Gambit建立计算模型,然后在FLUENT软件中利用滑移网格(Moving Mesh)的方法计算导管螺旋桨在敞水状态下推力以及转矩.最后将计算结果与模型试验值进行比较,CFD计算结果与模型试验结果吻合.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2010(010)021【总页数】5页(P5352-5356)【关键词】导管螺旋桨;CFD;水动力性能【作者】欧礼坚;安源【作者单位】华南理工大学土木与交通学院,广州,510640;华南理工大学电力学院,广州,510640【正文语种】中文【中图分类】U661.313导管螺旋桨亦称套筒螺旋桨,它是在螺旋桨的外围加上一个环行套筒而构成。

导管螺旋桨是一种特种推进器,适用于螺旋桨载荷较大的船舶,如拖船、顶推船等。

由于它具有在海上航行时受外界海况变化影响较小,导管对螺旋桨有保护作用,导管能使航向稳定性得到显著改善等优点,现在在商船上也得到很大应用。

导管螺旋桨在外型、结构形式和水动力性能等方面与常规螺旋桨都有较大的差别。

过去,对导管螺旋桨水动力性能的计算和研究主要采用图谱估算方法,并结合导管螺旋桨敞水试验进行验证。

近年来,由于数值模拟相对于实验研究有很独特的优点,比如成本低、周期短,能获得完整的数据,能模拟出实际运行过程中各种测量数据的状态。

CFD技术广泛运用于流体数值模拟,其良好的适应性,较高的准确性,逐渐成为流体动力学研究的重要工具,且其应用领域也逐渐扩大。

通过对导管螺旋桨进行三维定常的 CFD计算分析,能够较准确预报导管螺旋桨的水动力性能,并可根据计算结果对导管螺旋桨进行改进或优化。

现采用 Fluent软件对导管螺旋桨进行 CFD计算,将结果与导管螺旋桨模型试验结果进行比较,并分析了导管螺旋桨叶面和流场的压力分布。

专利名称：一种可变形的水下航行器螺旋桨专利类型：发明专利
发明人：王鹏,吴旭貌,黎程山,陈旭,孙斌,孙思卿申请号：CN201711467116.6
申请日：20171229
公开号：CN108263586A
公开日：
20180710
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种可变形的水下航行器螺旋桨；通过智能驱动材料和精确的传动机构，对驱动器产生的位移采取双重的位移放大结构。

通过设计的螺旋桨桨叶上的襟翼，并利用襟翼的旋转角度的改变，提升水下航行器的螺旋桨推进性能及应对各种不同工况的适应能力。

位移放大机构采用双椭圆柔性铰链位移放大机构，该机构对于小范围偏转有着较好的高分辨率，同时满足螺旋桨整体机构的尺寸和体积所需微型化的要求。

齿轮组用来作为第二个位移放大机构，齿轮组高传动效率和可改变原驱动力方向的特性，适用于整个传动机构。

水下航行器螺旋桨结构布局简单紧凑、传动效率较高，且方便计算为适应各种不同工况的所需的变形角度。

申请人：西北工业大学
地址：710072 陕西省西安市友谊西路127号
国籍：CN
代理机构：西北工业大学专利中心
代理人：陈星
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基于CFD的螺旋桨桨叶折断水动力性能分析欧礼坚;李德玉;王川【摘要】Some hydrodynamics numerical simulations based on CFD, method for the case that the blades of a propeller are broken off in different position are presented First, comparison between the result of the CFD simulation and the propeller open water test shows that they are matched well. And then, calculate the hydrodynamics of the propeller when one blade of the propeller is broken off in the position of different radiuses and presents the regression analysis for the results. At last, the hydrodynamics numerical simulation for the case that all blades of a propeller are broken off at the same radius is presented and makes the regression analysis for the result again. The results of the numerical simulations match the test value well, and the results of the regression analysis could be used to guide the matching between hull-engine-propeller.%基于CFD方法,对螺旋桨桨叶在不同位置折断时的水动力性能进行数值模拟.首先把CFD数值模拟结果与螺旋桨敞水试验结果进行比较,两者结果吻合良好；其次,对螺旋桨某一桨叶在不同半径处折断时的水动力进行计算,并对计算结果进行了回归；最后,对螺旋桨所有桨叶在同一半径处折断时的水动力进行数值模拟,对结果进行了回归分析.数值模拟结果与试验值吻合,回归结果可用于指导船舶的船—机—桨匹配工程实践.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2012(012)011【总页数】5页(P2612-2615,2620)【关键词】螺旋桨;CFD;水动力【作者】欧礼坚;李德玉;王川【作者单位】华南理工大学土木与交通学院,广州510640;华南理工大学土木与交通学院,广州510640;华南理工大学土木与交通学院,广州510640【正文语种】中文【中图分类】U661.31;U661.313船舶螺旋桨作为船舶推进装置的重要组成部分，长期浸泡在水中高速运转，发生损坏的频率较高。