1、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(gè)如下所示的虛擬水池中。螺旋槳是一個(gè)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(gè) 0.3 mm 的間隙，在模擬中保持此間隙。使用 MRF 對(duì)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。

2、STAR-CCM+設(shè)置

（1）在使用MRF 對(duì)螺旋槳的運(yùn)動(dòng)建模。起始模擬文件包含兩個(gè)區(qū)域，一個(gè)用于旋轉(zhuǎn)的螺旋槳，另一個(gè)用于靜態(tài)流體域。使用拉伸網(wǎng)格模型來擴(kuò)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?yàn)檫@樣可以最大程度地降低計(jì)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(duì)輸入零部件進(jìn)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(diǎn)，選擇New > Mesh > Automated Mesh，在生成的對(duì)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(diǎn)擊Operations > Automated Mesh > Custom Controls，選擇New > Surface，Curve Control.對(duì)螺旋槳葉片進(jìn)行細(xì)網(wǎng)格細(xì)化。最終網(wǎng)格設(shè)置如下：
（4）右鍵單擊Geometry > Operations 節(jié)點(diǎn)，選擇 New > Surface Preparation  > Surface Extruder.。利用此功能對(duì)進(jìn)出口流體域進(jìn)行拉伸，進(jìn)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(duì)入口、出口、壁面和對(duì)稱邊界條件進(jìn)行定義。入口為速度進(jìn)口，出口為壓力出口，拉伸的遠(yuǎn)場(chǎng)壁面設(shè)置為對(duì)稱平面邊界條件。進(jìn)口流體速度 VA作為流體域中的一個(gè)初始條件。在此穩(wěn)態(tài)模擬中，使用兩個(gè)場(chǎng)函數(shù)J 和 i 來指定J 值的范圍。場(chǎng)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(duì)于每個(gè) J 值，此迭代次數(shù)已足以讓求解收斂。通過定義場(chǎng)函數(shù)來定義出螺旋槳進(jìn)口的進(jìn)速系數(shù)。

（6）創(chuàng)建性能報(bào)告。螺旋槳性能數(shù)據(jù)包括前進(jìn)系數(shù)、推力系數(shù)、扭矩系數(shù)和敞水效率。利用自定義場(chǎng)函數(shù)定義出四個(gè)變量，進(jìn)行仿真，最終四個(gè)數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比如下： 螺旋槳仿真性能與實(shí)驗(yàn)性能的對(duì)比
螺旋槳壓力分布

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