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基于OpenFOAM的螺旋桨敞水性能预报方法-郑巢生张志荣(30)

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螺旋桨敞水实验报告

螺旋桨敞水实验报告

螺旋桨敞水实验报告螺旋桨敞水试验报告螺旋桨敞水实验一、实验目的和意义螺旋桨模型的敞水实验是在循环水槽中测试螺旋桨模型单独在水流条件下进行的性能试验，是《船舶推进》课程在整个教学过程中的一个重要环节，其目的：1、配合自航试验分析船舶推进的各种效率成分，并预估实船推进性能2、分析比较各种螺旋桨设计方案的优劣，选择性能最佳的螺旋桨3、进行螺旋桨系列试验，将其结果综合绘制成图谱，供设计螺旋桨使用。

4、根据螺旋桨试验结果，进行螺旋桨理论的验证，分析几何参数对螺旋桨性能的影响规律。

二、模型试验要求和准备工作图2.1 螺旋桨敞水试验布置图1、桨模敞水试验的相似定理：桨模和实桨满足几何相似、运动相似、动力相似才能将模型试验数据应用在实桨上。

为避免缩尺影响过大，桨模试验的雷诺数Re必须超过临界值，螺旋桨的雷诺数根据1957年ITTC会议推荐采用的下列定义式Re?-- -- -- -- --其中C0.750.75R（半径）处叶剖面的弦长（m）螺旋桨的直径（m）螺旋桨的进速（ms）螺旋桨的转速（rounds）水的运动粘性系数（ms） 52DVAn根据1978年ITTC会议建议，临界雷诺数为Re临?3.0?10。

2、为避免自由面兴波和吸入空气对桨性能产生不利影响，在桨模进行敞水试验时，其浸没与水中的深度应满足h?1.0D，其中h 为桨轴中心线距水面的距离（m）。

3、敞水动力仪的流线罩与桨模安装位置应有足够大的距离，以避免因流线罩干扰的水流影响试验结果。

一般要求桨轴伸出在罩外的长度大于三倍桨模直径。

4、螺旋桨轴端身在前面，其轴端平面对水流的干扰将影响进入桨面的水流，因此在试验时应加装导流罩帽。

桨模后方也应装有光顺的过渡导流罩，以使将毂到桨轴的阶梯处不致产生涡流。

5、螺旋桨动力仪在试验前应作静校验，并应测量轴承摩擦损耗和桨轴在水中旋转时的摩擦损耗?Qs和?Ts，以便对试验结果进行修正。

校验时，将动力仪按照试验要求装载拖车上，在装桨模的位置处安装个假毂，其外形与桨毂相同，重量与桨模相近，可用铜或铅制成，桨轴埋水深度按试验要求放置。

基于OpenFOAM的全回转推进器非定常性能预估

基于OpenFOAM的全回转推进器非定常性能预估

基于OpenFOAM的全回转推进器非定常性能预估
魏德山;董国祥;陈伟民
【期刊名称】《船舶力学》
【年(卷),期】2017(000)0z1
【摘要】本文选择某一全回转吊舱推进器为研究对象,运用任意网格面元法(AMI)CFD数值计算方法,计算采用的开源数值计算软件OpenFoam对全回转推进器非定常敞水水动力性能进行了研究分析.控制方程离散采用有限体积法,湍流模型选取SSTκ-ω 模型,速度压力耦合采用PIMPLE算法求解.通过与试验结果比较,验证了基于OpenFoam的非定常数值计算方法在全回转推进器敞水性能预报的可靠性和有效性.
【总页数】6页(P228-233)
【作者】魏德山;董国祥;陈伟民
【作者单位】上海船舶运输科学研究所航运技术与安全国家重点实验室 ,上海200135;上海船舶运输科学研究所航运技术与安全国家重点实验室 ,上海 200135;上海船舶运输科学研究所航运技术与安全国家重点实验室 ,上海 200135
【正文语种】中文
【中图分类】U664.3
【相关文献】
1.非均匀来流中全方向推进器非定常水动力性能的研究 [J], 常欣;邹经湘;黄胜;郭春雨
2.采用涡格法和面元法预报吊舱推进器非定常水动力性能 [J], 马骋;钱正芳;陈科;蔡昊鹏;庄光宇
3.带定子导管螺旋桨定常和非定常性能预估的基于速度势的面元法 [J], 王国强;刘小龙
4.全方向推进器非定常水动力性能的面元预报方法 [J], 常欣;黄胜;贡毅敏
5.泵喷推进器非定常空化性能数值模拟分析 [J], 鹿麟;潘光
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基于OpenFOAM的螺旋桨紧急倒车工况数值模拟

基于OpenFOAM的螺旋桨紧急倒车工况数值模拟

基于OpenFOAM的螺旋桨紧急倒车工况数值模拟
郭海鹏;邹早建;李广年
【期刊名称】《上海交通大学学报》
【年(卷),期】2023(57)2
【摘要】螺旋桨在紧急倒车工况下的水动力特性与船舶的紧急制动能力密切相关并直接影响船舶的航行安全性.基于开源计算流体动力学平台OpenFOAM中的雷诺平均求解器对螺旋桨在紧急倒车工况下的水动力特性及绕流场开展数值研究.以5叶螺旋桨DTMB4381模型为研究对象,对其正车前进以及紧急倒车工况进行数值模拟.通过与国际上公开的模型试验结果进行对比,验证了所采用的数值方法在预报螺旋桨不同工况下水动力性能方面的有效性.基于数值模拟获得的水动力载荷及流场信息,探讨了紧急倒车工况下局部绕流场特征随进速变化的规律及其与螺旋桨整体水动力特性之间的关系,为船舶紧急倒车制动能力评估提供了理论依据.
【总页数】9页(P168-176)
【作者】郭海鹏;邹早建;李广年
【作者单位】宁波大学海运学院;上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】U661.33
【相关文献】
1.E779A螺旋桨斜流工况下的空泡数值模拟
2.基于OpenFOAM的导叶式离心泵数值模拟研究
3.基于OpenFOAM的礁坪上波浪底部切应力数值模拟研究
4.基于
OpenFOAM波浪-植物相互作用的数值模拟研究5.潜艇紧急倒车工况流场与水动力的大涡模拟研究
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基于OpenFOAM的全回转推进器非定常性能预估

基于OpenFOAM的全回转推进器非定常性能预估
基于
(上海船舶运输科学研究所 航运技术与安全国家重点实验室 ,上海 200135) 摘要：本文选择某一全回转吊舱推进器为研究对象，运用任意网格面元法（AMI）CFD 数值计算方法，计算采用的 开源数值计算软件 OpenFoam 对全回转推进器非定常敞水水动力性能进行了研究分析。控制方程离散采用有限体积 法，湍流模型选取 SST κ ω 模型，速度压力耦合采用 PIMPLE 算法求解。通过与试验结果比较，验证了基于 OpenFoam 的非定常数值计算方法在全回转推进器敞水性能预报的可靠性和有效性。 关键词：敞水性能；OpenFOAM；全回转推进器；AMI 方法；湍流模式 中图分类号：U664.3 文献标识码：A
228
另一种方法是考虑流体实际粘性效应的影响，从粘性流体理论出发，采用粘性N-S方程来求解真是 环境的螺旋桨水动力性能，从近年来发表的文献可以看出，这种方法能更好的模拟尾流长的信息， 更接近工程实际。近年来关于粘性对螺旋桨性能和流场的影响，有的从边界层角度考虑粘性影响， 有的从求解RANS 方程角度来研究，Shotaro Uto 使用RANS 方程和Baldwin-Lomax 零方程湍流模式 对螺旋桨的湍流流动进行了模拟[3-7]。蔡荣泉等[8-14]介绍了利用Fluent 软件计算螺旋桨敞水性能的计算 流程，并以一种侧斜反弯扭桨作为研究对象，给出了敞水性征曲线的计算结果及与试验值的对比。 另外，文章还通过分析正弯扭螺旋桨和反弯扭螺旋桨的桨叶表面压力分布数值计算结果，考察了该 桨的减振降噪机理。 本文的计算基于试验方法和CFD 方法对某一全回转吊舱螺旋桨的敞水性能进行了比较研究， 验证了基于CFD 方法的任意网格界面元法（AMI）预报全回转吊舱螺旋桨非定常数值计算方法的可 靠性。其中，任意网格界面元法（AMI）采用了开源的CFD 计算软件OpenFOAM 所提供的求解器 pimpleDyMFoam 进行计算。本文数值方法的计算基于雷诺时均纳维斯托克斯（ Reynolds-averaged navierstokes,RANS）控制方程，并采用SST κ ω作为湍流模型。通过水动力性能的数值计算方法和 水动力性能的试验研究，分析全回转推进器非定常水动力性能、对全回转推进器性能水动力进行预 报，并依据在各进速系数下得到的推力系数及扭矩系数绘制了该螺旋桨的敞水性征曲线。经过与试 验的结果比较，验证了AMI非定常数值计算方法在螺旋桨敞水性能预报的可靠性与有效性。

转捩模型在螺旋桨数值计算中的应用

转捩模型在螺旋桨数值计算中的应用

转捩模型在螺旋桨数值计算中的应用洪方文，张志荣，刘登成，郑巢生，翟树成（1.中国船舶科学研究中心，江苏无锡214082；2.船舶振动噪声重点实验室，江苏无锡214082）摘要：螺旋桨敞水性能数值计算是船舶快速性能分析的基础，其计算精度对船舶快速性预报的准确度至关重要，湍流模型的选用是保证螺旋桨敞水性能计算精度的关键。

本文利用k -ωSST 湍流模型和γ-R e θ转捩模型对螺旋桨敞水性能进行了计算。

结果表明，在模型尺度下螺旋桨叶片表面流动的相当一部分还保持着层流状态，带有转捩能力的湍流模型对这类流动具有更强的模拟能力。

关键词：转捩湍流模型；数值计算；螺旋桨敞水性能中图分类号：U661.31文献标识码：A doi:10.3969/j.issn.1007-7294.2021.04.001Application of transition turbulence model in numerical calculation of propeller flow fieldsHONG Fang-wen ,ZHANG Zhi-rong ,LIU Deng-cheng ,ZHENG Chao-sheng ,ZHAI Shu-cheng (1.China Ship Scientific Research Center,Wuxi 214082,China;2.National Key Laboratory on Vibration and Noise,Wuxi 214082,China)Abstract ：The numerical calculation of propeller open water performance is the basis of ship propulsion analysis,whose precision is very important for the prediction of ship speed.The turbulence model is the key to ensure the accuracy of propeller open water performance calculation.In this paper,k-ωSST turbulence model and γ-R e θtransition model were used to simulate the propeller flow fields.The results indicated thata considerable part of the flow on the surface of the propeller blade remained laminar at the model scale while better simulation results could be obtained by the transition turbulence model.Key words:transition turbulence model;CFD;open water performance of propeller 0引言自计算机诞生以来，数值计算成为科学研究的一种主要手段。

基于CFD方法的螺旋桨水动力性能预报

基于CFD方法的螺旋桨水动力性能预报

基于CFD 方法的螺旋桨水动力性能预报王　超,黄　胜,解学参(哈尔滨工程大学船舶工程学院,哈尔滨150001)摘　要:运用计算流体力学软件对粘性流场中敞水螺旋桨的水动力性能进行了计算研究,模拟了某型螺旋桨在不同进速系数下的推力系数、转矩系数、螺旋桨表面压力分布以及螺旋桨后尾流场情况等。

在数学建模的过程中,利用FOR TRAN 语言编制了计算螺旋桨型值点的程序,然后把计算值导入Fluent 的前处理器Gam 2bit 进行建模,并采用样条曲线去拟合各个型值点,从而建立了光滑的三维螺旋桨表面外形。

介绍了利用Fluent 软件在螺旋桨敞水性能计算中的计算流程,以某一标准螺旋桨作为研究对象,给出了敞水性能曲线的计算结果,并与试验测量值作了比较。

由对结果的比较分析可知,基于CFD 方法可以形象、真实地获知螺旋桨表面的压力以及尾部流场的分布情况,并且数值仿真结果可以满足工程应用。

关键词:螺旋桨;水动力性能;Fluent ;粘性流场;数值模拟中图分类号:U664.3 文献标志码:A 文章编号:1009-3486(2008)04-0107-06H ydrodynamic performance prediction of some propeller based on CFDWAN G Chao ,HUAN G Sheng ,XIE Xue 2shen(College of Ship building Engineering ,Harbin Engineering Univ.,Harbin 150001,China )Abstract :CFD software was used to calculate t he performance of propeller in t he viscous flow regions and simulate t he t hrust and torque coefficient s ,t he pressure and velocity dist ributions of p ropeller ′s wake flow at different advance coefficient s.The point s of p ropeller were calculated by FOR TRAN p rogram ,which were used to set up geomet ry in Gambit.Also t he met hod of NU RBS was used to create t he configuration of propeller.The process of using Fluent to calculate t he open water perfor 2mance of p ropeller was int roduced.The comp uted result s were compared wit h t he experimental data.At t he same time ,some numerical survey of propeller ′s performance condition was also int roduced.K ey w ords :p ropeller ;hydrodynamic performance ;Fluent ;viscous flow ;numerical simulation近年来,随着计算机技术的推广普及和计算方法的不断发展,计算流体力学(CFD )技术取得了蓬勃的发展。

基于OpenFOAM的三维数值波浪水槽研究及应用的开题报告

基于OpenFOAM的三维数值波浪水槽研究及应用的开题报告一、研究背景波浪是海洋中极为重要的一种物理现象，对海洋工程、海洋运动、海洋气候等领域具有重要的影响。

波浪水槽在波浪研究、海洋工程、海洋能源等领域也有着广泛的应用。

因此，波浪水槽的研究具有重要意义。

目前，国内外已经有很多学者对波浪水槽进行了研究。

但是，在数值模拟方面，由于波浪水槽的复杂性，数值模拟方法难以准确的模拟波浪水槽中的波浪场。

基于OpenFOAM的三维数值波浪水槽研究及应用，可以提高波浪水槽的研究水平和应用价值。

二、研究目的本研究的目的是基于OpenFOAM对三维数值波浪水槽进行研究，通过数值模拟方法，得到波浪水槽中不同波浪场下的流体动力学特性，并对波浪水槽的应用进行探讨。

三、研究内容1. 构建数值波浪水槽模型。

通过一定的方法构建三维数值波浪水槽模型，包括水槽和波浪发生器。

2. 实现波浪发生器的数值模拟。

通过数值模拟方法模拟波浪发生器中的波浪场，得到波浪的相关参数，如波高、波长、波速等。

3. 实现水槽内流体的数值模拟。

通过数值模拟方法模拟波浪水槽内的流体运动，得到流体的速度、压力等参数。

4. 分析波浪水槽的流体动力学特性。

基于所得模拟结果，对波浪水槽中不同波浪场的流体动力学特性进行分析。

5. 探讨波浪水槽的应用价值。

根据所得结果，对波浪水槽在波浪研究、海洋工程、海洋能源等领域的应用价值进行探讨。

四、研究意义本研究的意义在于：1. 提高波浪水槽的研究水平。

通过基于OpenFOAM的数值模拟方法，可以更准确的模拟波浪水槽中不同波浪场下的流体动力学特性，从而提高波浪水槽的研究水平。

2. 探索波浪水槽的应用价值。

通过分析波浪水槽中不同波浪场下的流体动力学特性，可以更深入的了解波浪水槽在波浪研究、海洋工程、海洋能源等领域的应用价值，为相关领域的研究提供参考。

3. 推进数值模拟方法在海洋领域的应用。

本研究使用了基于OpenFOAM的数值模拟方法，为数值模拟方法在海洋领域的应用推广提供了新的思路和展示平台。

基于OpenFOAM的螺旋桨敞水性能预报方法-郑巢生张志荣(30)

050403020101020302040608openfoamexp0403020101020302040608openfoamexp01008006004002002004006010305070911131517openfoamexp图11桨盘面前03r处轴向速度的周向平均值fig11circumferentiallyaveragedvalueaxialvelocity008006004002002004006008020406081214openfoamexp图12桨盘面前03r处径向速度的周向平均值fig12circumferentiallyaveragedvalueradialvelocity025020150100500501015020406081214openfoamexp图13桨盘面后x03281r处轴向速度的周向平均值fig13circumferentiallyaveragedvalueaxialvelocityx03281r010050050101502openfoamexp02040608图14桨盘面后x03281r处径向速度的周向平均值fig14circumferentiallyaveragedvalueradialvelocityx03281rrr07处叶剖面压力系数分布fig9pressurecoefficientdistributionsbladesectionrr07图10rr09处叶剖面压力系数分布fig10pressurecoefficientdistributionsbladesectionrr0934由图11图15可看出openfoam计算得到的桨盘面前方03r处及桨盘面后方03281r处轴向速度和径向速度的分布与试验结果基本吻合
第3期
郑巢生等： 基于 OpenFOAM 的螺旋桨敞水性能预报方法

考虑诱导速度的螺旋桨敞水性能CFD模拟

考虑诱导速度的螺旋桨敞水性能CFD模拟
赵辰;杨晨俊
【期刊名称】《海洋工程》
【年(卷),期】2014(32)3
【摘要】螺旋桨工作时在其周围形成诱导速度场,诱导速度随到桨叶距离的增大而衰减。

采用CFD方法模拟螺旋桨敞水性能时,只能截取有限尺度的流域进行计算,此时计算域边界上诱导速度并不为零,将进口速度设为进速是近似的。

一般采用足够
大的计算域,使螺旋桨前方及侧面边界尽量远离桨叶。

为了在较小的计算域中实现
螺旋桨敞水性能的准确预报,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。

应用升力面方法计算诱导速度,将进口速度设为进速与诱导速度之和。

逐
步减小计算域尺度,考察敞水性能及压力分布计算结果的变化情况及精度。

算例比
较表明:通过考虑诱导速度,可以大幅度减小进口与螺旋桨的距离而不降低计算精度。

【总页数】7页(P72-77)
【关键词】螺旋桨;敞水性能;诱导速度;CFD;UDF
【作者】赵辰;杨晨俊
【作者单位】上海交通大学海洋工程国家重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】U661.1
【相关文献】
1.CFD敞水螺旋桨性能计算分析 [J], 缪宁跃;孙江龙
2.大侧斜螺旋桨敞水与空化性能数值模拟 [J], 张光明; 章杰
3.大侧斜螺旋桨敞水与空化性能数值模拟 [J], 张光明;章杰
4.基于自研CFD求解器的螺旋桨敞水数值模拟方法研究 [J], 金奕星;吴乘胜;王建春;王星;郑巢生
5.CFD方法预报螺旋桨敞水性能及CFD方法不确定度分析 [J], 杨雨潇
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螺旋桨敞水性能预报讲解

壁面函数的选取
Rhee and Josh ，2003 ：k-w 湍流模型，对一5页桨计算，10%误差 唐登海，1997 ：B-L 代数湍流模型，对DTRC419桨计算，压力分布、 螺旋桨流场三维流动特性及尾流结果良好，边界层、某些地方的速度 分量偏差较大 张志荣，2004 ：SST k-w湍流模型，对许多螺旋桨模型取得成功， 部分工作点工况偏差较大
二、影响计算的主要因素及其选取
• 怎样划分网格
螺旋桨流场计算域
二、影响计算的主要因素及其选取
• 样划分网格
网格分类
• 非结构网格
• 结构化网格 • 分块混合网格
二、影响计算的主要因素及其选取
• 怎样划分网格
网格分类
• 非结构网格
• 结构化网格 • 分块混合网格
二、影响计算的主要因素及其选取
• 螺旋桨敞水性能计算的一般步骤
• 数值方法（Numerical Method）的选取 离散格式 求解算法 湍流模式
• 几何建模与网格划分（Model Geometry and Grid Generation） • 计算结果考察分析（Result Analysis）
一、螺旋桨敞水性能计算概述
• 流场预报需考量的因素
二、影响计算的主要因素及其选取
• 选择怎样的数值方法
湍流模式的选取
龚吕，2007 ：标准k-ε模型，对六叶斜侧反扭桨计算， 高富东，2010 ：k-ε、k-w、RSM模型，对DTMB4119桨计算，敞水 性能最大误差k-ε（7.41%）、k-w（11.21%）、RSM（5.47%）
二、影响计算的主要因素及其选取
f. 离散的代数方程求解：Gauss-Seidel迭代法
二、影响计算的主要因素及其选取
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the blade sections at different radii and velocity distributions ahead and behind the propeller were also ana⁃ the turbulence model； （c） applying the SIMPLE algorithm for pressure-velocity coupling. The predicted
作者简介： 郑巢生 （1987－） ， 男， 硕士研究生。研究方向： 计算流体力学。 E⁃mail： zcszcs2005＠ 163. com 通信作者： 张志荣。
张志荣 （1966－） ， 男， 博士， 研究员。研究方向： 计算流体力学。 E⁃mail： zhangzr8＠ public. wx. js. cn
ϕ f = (1 - γ)(ϕ f )UD + γ(ϕ f )CD
（5）
¶k + U ¶k = P - β * kw + ¶ é(ν + σ ν ) ¶k ù （3） ê ú j k k k ¶t ¶x j ¶x j ë ¶ x jû ¶w + U ¶w = αS 2 - βω2 + ¶ é(ν + σ ν ) ¶wù + ê ú j w t ¶t ¶x j ¶x j ë ¶ x jû 2(1 - F1)σ w2 1 ¶k ¶w （4） w ¶xi ¶xi α1 k 式中， νt = （涡粘系数） ； max(α1 w SF 2 )
（6）
ìϕ r， F ³ 0 (ϕf )UD = í （8） îϕ N ， F > 0 -- ---式 中 ， f x＝ fN / PN ， 其 中 fN 为 界 面 f 到 单 元 中 --心 N 的距离；PN 为单元中心 P 和 N 的距离。
（7）
æ ¶U ö P k = min ç τij i 10β * kw ÷ ； è ¶x j ø ìì ü é æ k ïï ï ν ö 4σ w2 k ù F1 = tanh íímin ê max ç * 500 ú ÷ ý ê ú 2 2 ï β wy y w CD y ïï è ø kw ë ûþ îî æ ö CD kw = max ç 2ρσ w2 1 ¶k ¶w 10- 10 ÷ 。 w ¶ x ¶ x i i è ø
ϕ = ϕ1 F1 + ϕ 2 (1 - F1)
31
1.3
离散方法
采用有限体积法求解任意多面体非结构网格
离散下的 RANS 方程。选取的控制体单元如图 1 所示， 图中 P 为控制体单元中心，N 为邻近单元 中心，f 为单元界面。
（1）
［ 3 ］ 其旋转参考系下绝对速度形式的 N-S 方程 为：
ì é pù ïÑ(U RU I ) = -Ñ ê ρú + νÑ × Ñ(U I ) - Ω ´ U I （2） ë û í ïÑ U = 0 I î
1.6
边界条件
在 OpenFOAM 中， 变量的初始化需要在每个 速度 U ： 入口为固定值 U ＝（5.078 0 0） ， 出口
以变量名命名的文本中进行， 其初始化分别如下： 为零梯度， 桨叶、 桨毂和侧边为固定值 U ＝ （0 0 0） ；
图 2 DTMB P4119 桨 Fig.2 DTMB P4119 propeller
基于 OpenFOAM 的螺旋桨敞水性能预报方法
郑巢生 张志荣
中国船舶科学研究中心， 江苏 无锡 214082
摘 P4119 桨作为对象， 利用 RANS 方程计算了桨的敞水性能， 并分别考察了网格依赖性和离散格式的影响。同时 分析了不同半径处叶剖面的压力分布及桨前后的流场速度分布。为保证对流项离散的稳定性和高精度性， 采 法。计算结果与试验数据吻合较好。研究建立了基于 OpenFOAM 的螺旋桨敞水性能预报方法。
文献标志码： A
文章编号： 1673－ 3185（ 2012 ）03－ 30－ 06
Prediction Method for Open-Water Performance of Propeller Based on OpenFOAM
China Ship Scientific Research Center， Wuxi 214082， China Abstract：In order to further investigate the viscous flow around the propeller，open-water performance prediction of DTMB P4119 propeller was performed using RANS flow solver in OpenFOAM software. And lyzed. To ensure the stability and accuracy of convective term discretization，the approaches are as fol⁃ results agree well with the experimental data. ZHENG Chao-sheng ZHANG Zhi-rong
1.2
湍流模型
为了求解湍流应力项， 引入了 k － w SST 湍流
对流项在控制体上的积分和线性化如下：
S f ( ρU ) f ϕ f = å Fϕ f V Ñ ( ρUϕ)dV = S ( ρUϕ) dS = å f f
模型［4］， 其中， 湍动能 k 和涡量脉动强度 w 的输运 方程为：
式中， 面 场 ϕ f 采 用 Jasak 提 出 的 非 结 构 网 格 下 的 Gamma 混合差分格式：
the grid dependence and effects of discretization schemes were investigated. The pressure distributions on lows： （a）adopting second order NVD Gamma blended differencing scheme； （b）using k － w SST model as Key words： viscous flow ； propeller； openFOAM ； RANS； open water performance； turbulence model
4
越大， 精度越高， 但 稳 定 性 越 差 ；γ 越 小 ， 精度越
ü ï ý； ï þ
由文献 ［5］ 可知 γ Î（0 1） ， 且由式 （6） 可知 γ
低， 但稳定性越好。本文中 γ 取值为 0.2。
扩散项在控制体上的积分和线性化如下：
Γ f S f (Ñ ϕ f ) （9） V Ñ (ΓÑϕ)dV FD 研究人员的关注。
随着现代船舶性能的快速发展， 能否准确预 报螺旋桨性能至关重要。 20 世纪 80 年以来， 基于 RANS 方程求解的粘流方法开始被广泛应用于模 拟螺旋桨周围的粘流［1-2］。目前， 国内进行螺旋桨 方面的计算主要通过 CFD 商业软件 Fluent 和自编 程序来实现， 而 OpenFOAM 与前两者相比具有完 作 为 一 款 开 源 CFD 计 算 平 台 ， 凭其灵活高效的 C ++ 模 板 自 定 义 功 能 ， OpenFOAM 越 来 越 受 到
间关系为：
| |
ϕN - ϕP
|d |
（10）
32
中
国
舰
船
研
究
第7卷
非正交网格时， 先通过中心差分单元中心值 得到单元中心梯度， 再插值单元中心梯度引入显 式补偿项。 在方程组求解过程中， 压力与速度耦合采用
k 和 w 的松弛因子 SIMPLE 松弛算法， 其中 p U ，
分别为 0.3， 0.5， 0.5 和 0.5。
收稿日期： 2011－ 11－ 14
考 系 MRFSimpleFoam 稳 态 求 解 器 进 行 螺 旋 桨 敞 水性能预报方法的研究。
本文基于 OpenFOAM 开源平台， 将选用多参
1
1.1
数值模拟
控制方程
在惯性参考系中， 螺旋桨以设定的角速度绕
全开源性、 面向对象性和良好的继承性等优点。
固定轴旋转， 流场是非定常的。因本文中只存在 单一螺旋桨旋转， 不存在定子的情况， 所以既可以
中图分类号： U661.33
要 ：为 深 入 研 究 螺 旋 桨 周 围 的 粘 流 问 题 ， 基 于 面 向 对 象 的 开 源 CFD 计 算 平 台 OpenFOAM ， 选 择 DTMB
用了二阶 NVD 格式 Gamma 混合差分格式， 选取 k － w SST 模型作为湍流模型， 压力速度耦合采用 SIMPLE 松弛算 关键词： 粘流； 螺旋桨； OpenFOAM ； RANS； 敞水性能； 湍流模型
f P Sf
U I 和 U R 分别为绝对速度和相对速度；p 为 式中，
d
N
压力；ρ 为密度；Ω 为旋转角速度；Ω ´ U I 为包含 向心力的广义柯氏力项。 求解器即根据式 （2） 求解旋转参考系下的绝对速度。 OpenFOAM 中多参考系 MRFSimpleFoam 稳态
Fig.1 图 1 有限体积离散 The finite volume discretization
ì é pù ïÑ(U I U I ) = -Ñ ê ρú + νÑ × Ñ(U I ) ë û í ïÑ U = 0 I î
σ k1 = 0.85；σ k2 = 1；σ w1 = 0.5；σ w2 = 0.856；β * = 9/
式中，α1 = 5/9；α 2 = 0.44；β1 = 3/40；β 2 = 0.082 8； 100。
1.4
几何模型