螺旋桨敞水试验报告

大工19春《船模性能实验》实验报告满分答案姓名：报名编号：学习中心：奥鹏层次：专升本专业：船舶与海洋工程实验1：船模阻力实验一、实验知识考察1、简述水面船舶模型阻力实验相似准则。

答：主要研究船模在水中匀速直线运动时所受到的作用力及其航行状态。

其具体目标包括：（1）船型研究通过船模阻力实验比较不同船型阻力性能的优劣。

（2）确定设计船舶的阻力性能;对具体设计的船舶，通过船模阻力实验，计算实船的有效功率，供设计推进器应用。

（3）预报实船性能;船模自航实验前，必须进行船模阻力实验，为分析自航实验结果预报实船提供必要的数据。

（4）系列船模实验;为提供各类船型的阻力图谱，必须进行系列船模的阻力实验。

此外还有进行几何相似船模组实验，其目的在于研究推进方面的一些问题。

（5）研究各种阻力成分实验;为了研究分类，确定某种阻力成分，必须进行某些专门的实验。

（6）附体阻力实验;目的在于求得附体的阻力值以及比较不同形式的附体对阻力的影响。

（7）流线实验;在船模实验的同时，有时还要进行船模流线实验，目的在于确定舭龙骨，轴支架等附体以及船首尾侧推器开孔的位置等。

（8）航行状态的研究;在船模阻力实验时，测量船模在高速直线运动时的纵倾及升沉等状态，这对于高速排水型船，滑行快艇、水翼艇等高速船舶尤为重要。

（1）船模与实船保持几何相似。

（2）船模实验的雷诺数达到临界雷诺数以上。

（3）船模与实船傅汝德数相等。

2、船模阻力实验结果换算方法有哪些？答：常用的船模阻力实验结构换算方法有两种，即二因次方法和三因次方法。

二因次方法亦称傅汝德方法；三因此方法为1978年ITTC性能委员会推荐的换算方法。

二、实验后思考题1、船模阻力实验结果换算方法之间的区别是什么？答：常用的船模阻力实验结构换算方法有两种，即二因次方法和三因次方法。

二因次方法亦称傅汝德方法；三因此方法为1978年ITTC 性能委员会推荐的换算方法。

这两种方法的区别在于对粘性阻力的处理原则不同。

实尺度导管螺旋桨的敞水性能数值模拟作者：陈天福，王永生，庞之洋来源：《机电信息》 2015年第27期陈天福王永生庞之洋（海军工程大学动力工程学院，湖北武汉 430033）摘要：为了避免尺度效应带来的影响，借助于计算流体力学软件，采用结构化网格和非结构化网格相结合的计算方法，进行了实尺度导管螺旋桨的敞水性能数值模拟，计算结果能够满足实尺度导管螺旋桨敞水性能预报的工程精度要求，与试验结果进行对比，最大误差在7%以内。

通过对5组不同交界面的位置进行比较，得出了交界面位置对导管螺旋桨的水动力计算具有较大影响的结论。

关键词：导管螺旋桨；CFD；敞水性能；实尺度；交界面0引言至今，人们己经对螺旋桨做了很多深入的研究，致力于设计出具有更高效率、较小振动及更为安静的螺旋桨。

随着研究的深入，开发出了一些在不同方面具有优势的特种推进器，导管螺旋桨就是其中一个。

目前人们对导管螺旋桨水动力性能的研究方法主要有3种：一种是基于势流理论的理论研究，一种是试验研究，另一种是随着计算机迅速发展而新兴的计算流体力学方法［1-2］。

崔立新使用诱导速度来考虑螺旋桨与导管的相互干扰，基于势流理论对Ka4系列导管桨进行敞水性能计算，分析了进速系数对导管上的压力分布情况及其本身产生的附加推力的影响趋势［3］。

吕晓军对导管螺旋桨的敞水性能进行了数值模拟，得到了在不同网格模型和湍流模型下导管螺旋桨的正车敞水性能曲线［4］。

但他们都是对导管螺旋桨的模型进行建模分析，对实尺度进行预报时会产生尺度效应，司朝善等人通过对不同尺度模型敞水性能进行计算，研究了导管螺旋桨敞水特征随雷诺数的变化规律，结果表明尺度效应带来的误差可高达15.8%［5］。

本文直接对导管螺旋桨进行实尺度建模，避免了尺度效应的影响。

文中用商业软件UG对某导管螺旋桨进行实尺度几何建模，然后用ANSYS软件的ICEM模块进行网格划分，采用结构化网格与非结构化网格相结合的混合网格划分方法，将划分好的网格导入CFX模块进行计算。

CFD敞水螺旋桨性能计算分析缪宁跃;孙江龙【摘要】根据螺旋桨的投影原理及其型值参数,建立螺旋桨的三维模型.基于计算流体动力学(CFD)理论和CFD商业软件进行研究,采用分区混合网格力案和动网格技术及旋转坐标(MRF)方法,结合RANS方程和RNG湍流模型对螺旋桨三维粘性流动进行数值模拟,得到该螺旋桨的推力及其转矩.经与试验结果比较分析,证实该方法能实现对螺旋桨的敞水粘性流场模拟,预报其敞水性能.%According to projection theory and curved-surface offsets, a 3D geometry model of propeller was built. Based on computational fluid dynamics (CFD) method, the sub-domains hybrid meshes method,the dynamic meshes method and the moving reference frame(MRF) method were adopted to simulate the hydrodynamic performance of propeller in open-water by using the Reynolds-Averaged NavierStokes (RANS) equation and RNG turbulence models. Thrust and torque of the propeller in open water were obtained and compared with experimental results. The results show the proposed method can achieve the numerical prediction of hydrodynamic performance for propeller in open water.【期刊名称】《中国舰船研究》【年(卷),期】2011(006)005【总页数】6页(P63-68)【关键词】三维模型;CFD;动网格;MRF;敞水件能【作者】缪宁跃;孙江龙【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【正文语种】中文【中图分类】U664.331 引言由于数值模拟相对于实验研究具有独特的优点，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，因而目前计算流体动力学（CFD）技术被广泛应用于工程领域。

导管螺旋桨敞水性能数值计算方法研究吴湘荣;王永生;蒋超【摘要】为实现快速预报导管螺旋桨敞水性能曲线，利用 CFD流体计算软件对导管螺旋桨敞水试验进行数值模拟。

将计算结果绘制成的敞水性能曲线与实验结果进行比较，并对导管螺旋桨的敞水性能进行分析，验证数值模拟计算方法的可行性与准确性。

分析螺旋桨敞水工作时的推力、力矩及敞水效率的变化特点发现，随着进速的增大，导管产生的推力不断减小并在高航速下转化为阻力。

研究该导管桨在系泊工况下的敞水性能指标，对系泊工况边界条件的设置进行改进。

%In order to predict the open-water performance of ducted propeller quickly the CFD software was used to simulate the open-water experiment of ducted propeller. According to the results of calculation, the open-water performance curves were drawn and compared with the results of experiment. The open-water performance according to the results was analyzedand it's feasibility and accuracy were verified. The parameters of propeller in open-water is analyzed which including thrusttorque and open-water efficiency. The thrust of the duct decreased with the increase of the propeller’s velocity. And the performance index of the ducted propelled were researched when it worked at mooring conditions, and the method for setting the boundary condition at mooring conditions were studied.【期刊名称】《舰船科学技术》【年(卷),期】2016(038)006【总页数】5页(P42-46)【关键词】CFD;导管螺旋桨;定常计算;性能分析;系泊工况【作者】吴湘荣;王永生;蒋超【作者单位】海军工程大学动力工程学院，湖北武汉 430033;海军工程大学动力工程学院，湖北武汉 430033;海军工程大学动力工程学院，湖北武汉 430033【正文语种】中文【中图分类】U664.33导管螺旋桨与普通螺旋桨的不同之处在于其桨的外围多了 1 个套筒，该套筒的纵剖面为机翼型或折角型［1］，此为导管螺旋桨的导管。

ＺｈｕａｎｇｂｅＩ　Ｙｌｎｇｙｏｎｇ　ｙｕ　Ｙａｎ　Ｊｉｕ　的丁７兄，利用ＣＦＸ软件对Ｊ一０．８～１．３的工况进行计算，得到　桨的推力丁与转矩Ｑ。再分别按公式Ｋ　一　、１ＯＫ　一　ｏＨ　ＬＪ　

ｌＯＱ、　一　ＫＴ・　（Ｉ，一　Ｖ）求取推力系数Ｋ　、１０倍转矩系数　

１０Ｋ　．和推进效率叩，其中ｆ０为水密度，”为桨转速，Ｄ为桨直径。　不含支架桨模型试验与数值计算结果对比如表１所示。绘　制成螺旋桨敞水性能曲线网如图５所示。　表１不含支架螺旋桨模型试验与数值计算结果对比表　

从图５可看出，对不含支架桨的数值模拟与模型试验所得　敞水性能曲线图总体吻合良好。从表１的定量分析更可看｝Ｈ　在Ｊ一０．８～１．３的范围内，推力系数计算误差小于４　。转矩系　数计算误差小于２　，效率计算误差小于５　，皆在丁程可接受　误差范围内，验证了将ＣＦＤ运用于舷外机螺旋桨水动力性能　分析的可信性，同时也验证了本文所采用的计算域建模、网格　划分及湍流模型选取的可行性。　

Ｏ　８　７　ｏ　８　ｏ　９　１　１　ｌ　１　２　１　３　１　４　图５不含支架桨模型试验与数值计算敞水性能曲线图　不含支架桨与禽支架桨数值计算结果对比如表２所示．绘　制成螺旋桨敞水性能曲线　如　６所示。　表２不含支架螺旋桨与含支架螺旋桨数值计算结果对比表　

基于此，分析桨前支架对桨水动力性能的影　响。从图６可看ｍ，含支架时桨的推力系数和效率　都比不含支架时低，而转矩系数比不含支架时高。　这主要是因为支架的存在改变了桨的进流情况，　使进入桨盘面的水流速度及其分布发生了变化，　加剧了水流不均匀性。使桨周向负荷变大，轴向做　功能力减小，效率下降。同时从表２的定量分析　可发现，随着‘，增大，这种差别呈扩大趋势，可见　随着速度增大，支架引起的进流不均匀性更大，对　其后桨效率的不利影响也更大。　从不含支架桨的数值和试验敞水性能曲线都可看出其一Ｔ　况点（最高效率点）在Ｊ一１．Ｏ～１．１附近。而从图６可看出，含　支架桨的Ｔ况点略向前移至Ｊ一０．９～１．０附近。从表２中可　发现，支架的存在使螺旋桨在丁况点附近的效率下降超过　ｌ（）％，在Ｊ一１．３时更下降达３３．５２　。超越工况点高速航行　时，支架的存在对螺旋桨效率影响巨大。　

螺旋桨模型空泡试验指导书一、试验目的和意义由于桨叶负荷过重以及船尾流场的不均匀而产生的螺旋桨空泡，是导致桨叶剥蚀损伤和船尾强烈振动的重要原因。

避免螺旋桨空泡激振，已成为近代商船螺旋桨设计中必须考虑的一个重要因素。

因此，对空泡的机理、尺度效应、预测方法及防止对策等问题的研究就显得日趋重要了。

螺旋桨模型空泡试验是进行上述研究的一个重要手段。

试验一般在空泡试验筒或减压水池中进行，螺旋桨模型的进流可以是均匀来流或模拟船尾伴流。

通过本试验可以观察和测量桨叶上空泡的初生、消灭及空泡区域、体积随时间的变化情况，测量不同空泡数时螺旋桨模型的水动力性能等。

本教学试验的目的是使学生对螺旋桨空泡现象有一个感性认识，并初步掌握螺旋桨模型空泡试验的方法。

二、相似定律用模型试验来研究螺旋桨的空泡现象时，除应满足敞水试验的相似条件外，还必须考虑空泡现象的模拟问题。

表征空泡现象的系数是空泡数σ：20021V p p vρσ−=其中，s a h p p γ+=0。

若两几何相似的螺旋桨进速系数相等，则在实桨和桨模对应点处的速度成比例，各对应点处的减压系数：1)/(2120200−=−=V V V p p b bρξ必将一一对应相等。

若能满足对应点空泡数相等，则各对应点处的减压系数ξ与空泡数σ的关系保持一致，因而空泡现象得到了模拟。

在未产生空泡时，两几何相似的螺旋桨只要满足进速系数相等的条件，便可通过伯努利方程推导出压力相似的条件。

但在产生空泡以后，尚需满足空泡数相等的条件。

综上所述，实桨和桨模空泡相似的条件为：m S J J = m s σσ=式中，下标s 和m 分别代表实桨和桨模所对应的值。

现进一步讨论满足上述相似条件时，实桨进速与桨模进速，以及实桨转速与桨模转速之间的关系。

由进速系数相等的条件可以导出：λ1.s m As Am n n V V = 其中m s D D /=λ为模型的缩尺比。

满足空泡数相等的条件为：20202121As s vss Am m vm m V p p V p p ρρ−=−设s m ρρ=，则有vss vmm As Amp p p p V V −−=00假设试验在敞露的水池中进行，且桨模的沉没深度与实桨相等，则s m p p 00=；在常温下进行试验时， vs vm p p =。

一、实训背景螺旋桨是船舶推进系统的重要组成部分，其性能直接影响着船舶的航行速度、燃油消耗和航行稳定性。

为了深入了解螺旋桨的工作原理、结构特点及操作方法，我们开展了船舶螺旋桨实训。

二、实训目的1. 了解螺旋桨的基本结构和工作原理；2. 掌握螺旋桨的安装、调试和维修方法；3. 培养学生实际操作能力，提高船舶工程技术水平。

三、实训内容1. 螺旋桨基本结构及工作原理螺旋桨主要由桨叶、桨轴、桨盘、轴承等部分组成。

桨叶是螺旋桨的核心部分，其形状和数量直接影响着螺旋桨的性能。

桨叶的形状主要有正桨叶、反桨叶和螺旋桨叶三种。

螺旋桨的工作原理是利用桨叶的旋转产生推力，推动船舶前进。

2. 螺旋桨的安装与调试（1）安装前的准备1）检查螺旋桨的型号、尺寸是否符合要求；2）检查桨叶的形状、数量和角度是否正确；3）检查桨轴的长度、直径和轴承是否完好。

（2）安装过程1）将桨轴插入轴承孔，确保轴承与桨轴的同心度；2）将桨叶安装在桨轴上，调整桨叶的角度；3）将螺旋桨安装在船舶的推进器上，确保螺旋桨与推进器的同心度；4）连接螺旋桨与船舶的推进系统。

（3）调试过程1）启动船舶，观察螺旋桨的旋转方向和转速；2）调整螺旋桨的角度，确保船舶的推进力最大；3）检查螺旋桨的振动情况，确保船舶的航行稳定性。

3. 螺旋桨的维修（1）检查螺旋桨的磨损情况，必要时更换桨叶；（2）检查轴承的磨损情况，必要时更换轴承；（3）检查桨轴的磨损情况，必要时更换桨轴；（4）检查螺旋桨的同心度，必要时进行调整。

四、实训过程1. 实训前，我们学习了螺旋桨的基本结构、工作原理、安装、调试和维修方法，为实训奠定了理论基础。

2. 在实训过程中，我们按照实训指导书的要求，逐步完成了螺旋桨的安装、调试和维修。

在安装过程中，我们掌握了桨轴、桨叶的安装方法，确保了螺旋桨与推进器的同心度。

在调试过程中，我们学会了调整螺旋桨的角度，使船舶的推进力最大。

在维修过程中，我们学会了检查螺旋桨的磨损情况，更换磨损部件。

基于CFD法的船用螺旋桨敞水性能预报作者：伍蓉晖, 何珍彭翔田中文来源：《广东造船》2019年第02期摘; ; 要：螺旋桨敞水性能对船舶推进性能具有重要意义。

本文采用计算流体动力学（CFD ）数值计算方法对螺旋桨的敞水性能进行预报计算。

通过不同边界层模式下的计算精度比较，提出合适的预报模式，并与试验值对比以验证该模式的有效性。

结果表明，该模式计算误差在工程允许范围内，可用于螺旋桨水动力性能预报。

关键词：敞水性能;CFD;边界层;湍流中图分类号：U661.34 ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; ; 文献标识码：AAbstract： Open water performance of propeller is of great significance to the determination of ship propulsion performance. In this paper， computational fluid dynamics （CFD） numerical calculation method is used to calculate the open water performance prediction of propeller， by comparing the calculation accuracy of different boundary layer models， an appropriate prediction model is proposed and compared with the test values to verify the effectiveness of the model. The results show that the calculation error of the model is within the allowable engineering error range and can be used for the prediction of marine propeller hydrodynamic performance.Key words： Open water performance; CFD; Boundary Layer; Turbulence1; ; 引言螺旋桨是应用最为广泛的船用推进器，螺旋桨水动力性能对于船舶推进性能起着至关重要的作用。