采用 RANS 方法和 STAR-CCM+平臺求解器開展基于體積力法的導管螺旋槳水動力性能研究。

     （1）控制方程

       對于三維定常、不可壓縮的黏性流場，流體滿足連續性方程和動量守恒方程：

    （2）計算模型及網格劃分

      選取 Myring 型回轉體和荷蘭船模試驗水池著名的 No.19A 導管作為研究對象。Myring型回轉體和 No.19A 導管的幾何外形圖如圖 1 所示。

圖1  回轉體和導管幾何外形圖

圖3  組合體網格劃分及加密圖

02 改進螺旋槳體積力法

（1）質量流量修正

       為實現質量流量修正，在計算螺旋槳進速系數時以校正進速系數替代常規進速系數J*。校正進速系數 J*的表達式為：

       此處進行兩點簡化處理：一是僅考慮軸向誘導速度；二是誘導速度同時包含螺旋槳和導管所誘導的速度。

（2）體積力分布修正

       對導管水動力性能影響較大的是導管壁面周圍的流速分布。螺旋槳徑向劃分形式及各標準化半徑下的槳體積力分布如圖 4 所示。

圖 4  導管螺旋槳徑向劃分形式及各標準化半徑下的槳體積力分布

       根據歸一化槳體積力分布的特點，本文探究了 2 種體積力分布形式在導管螺旋槳水動力性能模擬中的適用性。

       1） 簡單均布。

       2） 由于各進速系數 J 下歸一化槳體積力值的變化趨勢近似，擇其一（取 J = 0.4 時的體積力分布）替代 Goldstein 最佳分布進行體積力分布修正。

圖 5  No.19A+Ka4-70 (P/D = 1) 導管螺旋槳幾何模型及網格圖示

       推力模擬結果及其與試驗值的對比如表 1 所示。由表可見，隨著網格數量的增大，螺旋槳推力系數和導管推力系數的相對誤差整體上呈遞減趨勢。

表 1 導管螺旋槳推力計算方法驗證

        使用經流量修正和分布修正的改進螺旋槳體積力模型對 No.19A+Ka4-70 導管螺旋槳進行敞水水動力性能數值模擬?？傆[圖 6，發現經流量修正的均布形式的改進體積力法和經流量修正的分布 2 形式的改進體積力法所得導管螺旋槳的各參數皆與試驗值吻合較好。

圖 6  基于改進體積力法的導管螺旋槳敞水性能曲線對比

（2）基于改進體積力法的艇?導管螺旋槳耦合水動力性能

       將導管螺旋槳體積力模型與實體導管螺旋槳模型搭配回轉體后的仿真值進行了對比，以進一步研究艇后改進體積力法1和改進體積力法2的適用性。由圖 7 可見，相較艇后實體導管螺旋槳工況，基于 Goldstein 分布方法、改進體積力法1和改進體積力法2的槳推力的平均相對誤差分別為?12%，1.3% 和 14.0%。

Cite Article: