螺旋桨网格划分

关键 词 ：螺旋 桨 ；数 值 模 拟 ； 网格 类 型 ；效 率 ；预 报 准 确 性
中 图 分 类 号 ：Ｕ６６１ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文章 编 号 ： １６７２—７６４９（２０１８）０４—００３３—０６
ｄｏｉ：１０．３４０４￣．ｉｓｓｎ．１６７２—７６４９．２０１ ８．０４．００７
日前常 的 ３种非结 构 网格有 四面体 网格 （Ｔｅｔｒａ． ｈｅｄｒａｌ ｍｅｓｈ） 、修 剪 网 格 （Ｔｒｉｍｍｅｄ ｃｅｌ１）以及 多 面 体 网 格 （Ｐｏｌｙｈｅｄｒａｌ ｍｅｓｈ）。针 对 复 杂 结 构 的 流 场 ，非 结 构 网 格 生 成 方 法 具 有 较 高 的 鲁 棒 性 以及 效 率 来 获 得 高 质 量 的 网 格 。 以 上 所 述 也 正 是 非 结 构 网 格 ”得 到 广 泛 应 Ｊ｝＿Ｈ的 原 『大】。然 而 ，考 虑 到 ３种 不 同非 结 构 网格 的 形 状 特 性 ，选 择 不 同 的 网 格 类 型 对 研 究 不 同 问 题 的 数 值结 果 可 能 有 不 同程 度 的 影 响 。文 献 ［１２］在 对 船 舶 龙 骨 的 水 动 力性 能 的 研 究 中 比较 使 用 了 四 面体 网 格 和 修 剪 网 格 。 而 对 于 系 统 全 面 地 比较 这 ３种 非 结 构 网 格 的 文 章 则 非 常 少 。 众 所 周 知 ，对 于 在 数 值 研 究 领 域 的 ＿【二作 者 ， 在 开 始 新 问 题 的 研 究 之 前 ，］ 作 重 点 之 一 就 是 要 分 析 问 题 ，然 后 决 定 选 择 哪 一 种 网 格 类 型 。 看 似 简 单 的 ＿］ 作 其 实 影 响 着 ＣＦＤ计 算 的 各个 方 面 。 因此 ，本 研 究 最 单 纯 的 目的 就 是 为 数 值 模 拟 领 域 的 ＿Ｔ作 人 员在 对 复 杂 流 场 的 模 拟 时 根 据 不 同 问 题 选 择 网格 类 型 提 供 一 个参 考 。

推力系数和扭矩系数与实验值比较，验证流场模拟的正确性。从流场仿真结果可以看出，螺旋桨表面存在连续
的涡脱落现象。声场计算的结果表明：离散噪声远大于宽带噪声；宽带噪声主要由螺旋桨表面的涡脱落引起，
宽带噪声引起螺旋桨近场总声压级的周向波动；在同一半径处总声压级沿轴向逐渐减小，在同一平面内总声压
级沿径向先增加后减小。
预 测 螺 旋 桨 流 噪 声 的 方 法 一 般 分 两 步 ：首 先
收稿日期：2012－04－26 基金项目：中国博士后科学基金资助项目（20100471016） 作者简介：龚京风（1986－），女，博士研究生。研究方向：计算流体力学。E⁃mail：gongjingfeng@126. com 通信作者：龚京风。
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本文，LES （-5D，10D）
5D
836
本文采用 LES 方法计算非定常流场，而多数 文献介绍的研究中则采用 RANS 方法。为了获得 足 够 的 湍 流 信 息 ，在 划 分 计 算 域 时 选 取 了 较 小 的 网格尺寸，网格总数约为多数文献的 2 倍。由于 网 格 质 量 对 计 算 的 收 敛 性 和 精 度 有 很 大 影 响 ，在 划分计算域时充分考虑流场中物理量的分布特 点 。 将 求 解 域 进 行 多 次 划 分 ，从 而 细 化 螺 旋 桨 近 场网格，如图 1 所示。同时，尽可能采用结构化/半 结构化（棱柱）网格划分外围流场。在螺旋桨下游， 网格尺寸均匀过渡，尽量保持由螺旋桨传递过来的 非稳态信息。螺旋桨表面及近场区域网格划分如 图 2 所示。
2.5D D
yz x
1.05D 2D 5D
旋转区域
静止区域
图 1 计算域分区示意图 Fig.1 Schematic drawing of the computational domain

2.1 计算域与网格划分
鉴于来流的均匀和螺旋桨几何上的周期性，为进行敞水试验只需取单个桨叶所在的单通道作为计算域即可分析，由此节省计算时间提高计算效率.单桨叶通道内外边界定在桨毂和直径为螺旋桨直径数倍的圆柱体表面.进出口面为90°的扇面.在近壁面区，流动情况变化很大，特别是粘性底层，几乎是层流，湍流应力几乎不起作用，所以采用低Re 数k-ε模型求解粘性影响比较明显的区域，这就要求在壁面区划分比较密的网格，越靠近壁面，网格越细.沿桨叶面以及桨毂表面的法向方向按一定的比例伸出 6 层边界层网格，根据经验第一层高度定义为0.001D，其它区域都使用四面体网格.为了检验出口面距离以及不同网格形式对计算结果的影响，建立三种方案，如表1 所示，面网格划分见图3.
表1 网格划分方案。

螺旋桨激振力作用下船体振动及水下辐射噪声研究付建;王永生;丁科;魏应三【摘要】The finite element method (FEM) and boundary element method (BEM) are used to calculate the structure vibration and underwater radiated noise of ship structure caused by the propeller excita-tions. It is analyzed and compared that the influence of vibration and underwater radiated noise are caused by three direction forces (shaft, transverse and vertical). The study shows that the vibration response ap-pears line spectrum at axial passing frequency (APF), blade passing frequency (BPF), 2BPF and ship na-ture frequencies. The underwater radiated noise is the biggest excited by the transverse force, then is the vertical force, last is the shaft force. The biggest radiated noise power of ship hull by three forces is mainly excited by transverse force at BPF, then is excited by shaft force at APF. It mainly berceuses that the BPF of transverse force is approach with ship nature frequency.%利用有限元法和边界元方法分析比较了螺旋桨激振力三个方向分力（轴向、横向、垂向）分别作用以及同时作用时引起的船体结构振动与水下辐射噪声。