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問題描述

本教程介紹如何模擬船用螺旋槳在開放水域中的工作過程。螺旋槳置于一個如下所示的虛擬水池中。螺旋槳是一個可變螺距螺旋槳，在前緣和尾緣處的槳轂和螺旋槳葉片之間有一個 0.3 mm 的間隙，在模擬中保持此間隙。使用 MRF 對螺旋槳的旋轉(zhuǎn)建模。本仿真中螺旋槳直徑為0.25m。螺旋槳轉(zhuǎn)速為15 rps。

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STAR-CCM+設(shè)置

（1）在使用MRF 對螺旋槳的運動建模。起始模擬文件包含兩個區(qū)域，一個用于旋轉(zhuǎn)的螺旋槳，另一個用于靜態(tài)流體域。使用拉伸網(wǎng)格模型來擴展靜態(tài)區(qū)域。

（2）將為旋轉(zhuǎn)區(qū)域及其周圍使用切割體網(wǎng)格生成器網(wǎng)格模型。使用拉伸網(wǎng)格網(wǎng)格生成器網(wǎng)格化軸周圍的靜態(tài)區(qū)域，因為這樣可以最大程度地降低計算成本。本案例采用的網(wǎng)格化策略采用基于零部件的網(wǎng)格化（PBM）方法。這種網(wǎng)格化策略在幾何零部件上執(zhí)行網(wǎng)格操作生成流程；因此，用戶可對輸入零部件進行修改，并通過生成流程將變化傳輸?shù)襟w網(wǎng)格。拉伸網(wǎng)格也是生成流程操作的一部分。右鍵單擊Geometry> Operations節(jié)點，選擇New> Mesh > Automated Mesh，在生成的對話框中，選擇網(wǎng)格重構(gòu)，切割體網(wǎng)格單元，棱柱層網(wǎng)格。

（3）右鍵點擊Operations >Automated Mesh > Custom Controls，選擇New > Surface，Curve Control.對螺旋槳葉片進行細網(wǎng)格細化。最終網(wǎng)格設(shè)置如下：

（4）右鍵單擊Geometry> Operations 節(jié)點，選擇New > Surface Preparation  >Surface Extruder.。利用此功能對進出口流體域進行拉伸，進出口拉伸距離分別為1m和3m。最終體網(wǎng)格如下圖：

（5）在新創(chuàng)建區(qū)域的邊界上對入口、出口、壁面和對稱邊界條件進行定義。入口為速度進口，出口為壓力出口，拉伸的遠場壁面設(shè)置為對稱平面邊界條件。進口流體速度 VA作為流體域中的一個初始條件。在此穩(wěn)態(tài)模擬中，使用兩個場函數(shù)J 和 i 來指定J 值的范圍。場函數(shù) i 指定J 值變化的迭代。在本案例中，J 的起始值是0.6。 J 值每迭代501 次增加 0.2。對于每個 J 值，此迭代次數(shù)已足以讓求解收斂。通過定義場函數(shù)來定義出螺旋槳進口的進速系數(shù)。

（6）創(chuàng)建性能報告。螺旋槳性能數(shù)據(jù)包括前進系數(shù)、推力系數(shù)、扭矩系數(shù)和敞水效率。利用自定義場函數(shù)定義出四個變量，進行仿真，最終四個數(shù)據(jù)與實驗結(jié)果的對比如下： 

螺旋槳仿真性能與實驗性能的對比

螺旋槳壓力分布

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 文章來源有限猿仿真