螺旋槳模擬
關注創建者：Oler 創建時間：2019-07-04
螺旋槳模擬的視頻教程
基于MRF與重疊網格的對轉螺旋槳氣動仿真
1.旋轉機械模型前處理過程，網格加密方法； 2.共節點網格劃分方法； 3.重疊網格劃分方法； 4.fluent MRF計算設置全過程； 5.螺旋槳模擬注意事項及知識點； 6.模型處理、網格劃分與后處理； 7.提供源文件與后期答疑
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基于Abaqus螺旋槳數值模擬
基于Abaqus的螺旋槳數值模擬,有問題歡迎溝通交流，聯系方式（QQ：2193705064；Vx：hcl031027），加好時注明姓名+來意。
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螺旋槳模擬的實例教程
從實際操作上來講，螺旋槳的直接數值模擬方法可以分為三種：
Moving Reference Frames (MRF)
Rigid Body Motion (RBM)
Overset Mesh (OM)
MRF為運動參考系法，顧名思義，該方法通過引入相對運動參考系來處理槳的旋轉問題，將復雜的問題進行簡化，是一種穩定性好、易于收斂的穩態方法。
RBM為剛體運動法，也稱之為滑移網格法，該方法通過網格的旋轉來模擬槳的真實運動，在旋轉域和外部靜止域之間通過交界面進行流場信息傳遞，是一種瞬態方法。
OM為重疊網格法，也稱之為嵌套網格法，最近幾年應用的越來越廣泛和成熟。與RBM法類似，該方法也是一種瞬態方法，只是處理交界面的方式有所不同。
對比以上三種方法，各有其優缺點：
MRF方法是一種穩態方法，因此具有設置簡單、計算快速、易于收斂等優點，在計算螺旋槳的敞水曲線時一般采用該方法，計算精度滿足要求，資源耗費較少，性價比高。
RBM方法是一種瞬態方法，相對于MRF，不僅能夠求得敞水曲線，還能夠得到流場的更多信息，比如壓力脈動、流場演變等，但是計算時間較長，對硬件的要求也更高。
OM方法與RBM方法類似，得益于重疊網格在處理諸如極限、交叉、耦合等運動方面的優勢，該方法在處理船-槳-舵耦合運動及干擾、自航模、操縱性模擬等方面應用更為廣泛。
從網格生成的角度來看，MRF方法和RBM方法可以共用一套網格，二者處理計算域、交界面的方式完全相同，因此本次推送主要介紹這兩種方法，OM方法因為網格需要單獨生成，因此放在下次推送中進行介紹。
下面以KP505槳模為案例，對螺旋槳模擬的主要步驟進行介紹。
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從實際操作上來講，螺旋槳的直接數值模擬方法可以分為三種：
Moving Reference Frames (MRF)
Rigid Body Motion (RBM)
Overset Mesh (OM)
MRF為運動參考系法，顧名思義，該方法通過引入相對運動參考系來處理槳的旋轉問題，將復雜的問題進行簡化，是一種穩定性好、易于收斂的穩態方法。
RBM為剛體運動法，也稱之為滑移網格法，該方法通過網格的旋轉來模擬槳的真實運動，在旋轉域和外部靜止域之間通過交界面進行流場信息傳遞，是一種瞬態方法。
OM為重疊網格法，也稱之為嵌套網格法，最近幾年應用的越來越廣泛和成熟。與RBM法類似，該方法也是一種瞬態方法，只是處理交界面的方式有所不同。
對比以上三種方法，各有其優缺點：
MRF方法是一種穩態方法，因此具有設置簡單、計算快速、易于收斂等優點，在計算螺旋槳的敞水曲線時一般采用該方法，計算精度滿足要求，資源耗費較少，性價比高。
RBM方法是一種瞬態方法，相對于MRF，不僅能夠求得敞水曲線，還能夠得到流場的更多信息，比如壓力脈動、流場演變等，但是計算時間較長，對硬件的要求也更高。
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從實際操作上來講，螺旋槳的直接數值模擬方法可以分為三種：
Moving Reference Frames (MRF)
Rigid Body Motion (RBM)
Overset Mesh (OM)
MRF為運動參考系法，顧名思義，該方法通過引入相對運動參考系來處理槳的旋轉問題，將復雜的問題進行簡化，是一種穩定性好、易于收斂的穩態方法。
RBM為剛體運動法，也稱之為滑移網格法，該方法通過網格的旋轉來模擬槳的真實運動，在旋轉域和外部靜止域之間通過交界面進行流場信息傳遞，是一種瞬態方法。
OM為重疊網格法，也稱之為嵌套網格法，最近幾年應用的越來越廣泛和成熟。與RBM法類似，該方法也是一種瞬態方法，只是處理交界面的方式有所不同。
對比以上三種方法，各有其優缺點：
MRF方法是一種穩態方法，因此具有設置簡單、計算快速、易于收斂等優點，在計算螺旋槳的敞水曲線時一般采用該方法，計算精度滿足要求，資源耗費較少，性價比高。
RBM方法是一種瞬態方法，相對于MRF，不僅能夠求得敞水曲線，還能夠得到流場的更多信息，比如壓力脈動、流場演變等，但是計算時間較長，對硬件的要求也更高。
OM方法與RBM方法類似，得益于重疊網格在處理諸如極限、交叉、耦合等運動方面的優勢，該方法在處理船-槳-舵耦合運動及干擾、自航模、操縱性模擬等方面應用更為廣泛。
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從網格生成的角度來看，MRF方法和RBM方法可以共用一套網格，二者處理計算域、交界面的方式完全相同，因此本次推送主要介紹這兩種方法，OM方法因為網格需要單獨生成，因此放在下次推送中進行介紹。
下面以KP505槳模為案例，對螺旋槳模擬的主要步驟進行介紹。
展開 船舶螺旋槳流動模擬 ￥5
船舶螺旋槳流動模擬Flow-Simulation-Ship-Propeller.cfx
船舶需要推力才能前進，這可以通過旋轉船體后方的螺旋槳產生。傳統上，預測螺旋槳推力和扭矩需要進行模型試驗，但這耗時費力，需要人力和空間，而且成本高昂。相比之下，流體動力學設計可以采用流體動力學模擬，因為它能相對節省時間、人力和空間。本文模擬了船舶螺旋槳周圍的流體動力學流動。更多細節稍后奉上。模擬文件也已附上，可供下載。祝您使用愉快！
在完成上述兩次加密之后，形成螺旋槳梢渦模擬的初始網格劃分，網格剖面如下圖所示。
▲ 網格剖面示意圖
初始網格計算結果
以進速系數
J
= 0.71，空化數
σ
= 1.763工況為例，采用上述網格進行螺旋槳空泡流數值模擬，計算得到的螺旋槳梢渦和空泡形態分別如下圖所示。
▲ 計算結果：（a）梢渦；（b）空泡形態
結果所示，螺旋槳梢渦和轂渦均被較好地捕捉，梢渦呈光滑的螺旋管形狀向后延展一定的距離，在發展至環形加密區末端后消失，說明環形加密區網格尺寸可有效捕捉螺旋槳的梢渦形態。
同時可見，螺旋槳發生了明顯的空泡現象，但空泡主要集中槳葉表面，即片狀空泡，梢渦空泡卻不明顯。但根據試驗結果，當前工況下，螺旋槳已產生非常明顯的梢渦空泡，預報結果與試驗結果差別較明顯。
這說明環形加密區的網格尺寸雖可以有效模擬出螺旋槳的梢渦流動，但卻無法實現梢渦空泡流動的模擬。因此，需對螺旋槳梢渦處的網格進行再次加密。
網格二次加密
為盡量避免網格浪費，應選擇盡可能貼合梢渦形狀的幾何形狀進行網格加密。螺旋管加密是梢渦空泡加密中較常使用的方法。
由以上結果可見，螺旋槳梢渦在向下游發展的過程中，所呈現的并不是簡單的等徑螺旋管形狀，而是隨著向后發展，其旋轉直徑呈現出不斷縮小的趨勢。
因此，本研究通過修改螺旋管中心線公式，建立螺旋線旋轉半徑與前進距離之間的關系。
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螺旋槳模擬的最新內容
船舶螺旋槳流動模擬5個月前
本文模擬了船舶螺旋槳周圍的流體動力學流動。更多細節稍后奉上。模擬文件也已附上，可供下載。祝您使用愉快！
4.2 材料定義
本案例模擬螺旋槳的水動力性能，因此選擇的材料為水。
4.3 模型設置
采用k-w SST 湍流模型。將螺旋槳所在的區域進行如下設置。使其實現旋轉功能。
4.4 邊界條件設置
此處進行邊界條件設置，主要是依據進速系數進行入口速度大小設置。本案例中，僅計算了進速系數為0.4的情況，依據進速系數公式，此時的入口速度為1.22m/s。
在飛機模擬中生成螺旋槳滑流效果。
支持任意數量/尺寸的螺旋槳。將它們放置在任何方向，或局部坐標系中。
用戶僅須輸入螺旋槳的推力曲線、功率和 RPM 來模擬穩態效應。
4.2 材料定義
本案例模擬螺旋槳的水動力性能，因此選擇的材料為水。
4.3 模型設置
采用k-w SST 湍流模型。將螺旋槳所在的區域進行如下設置。使其實現旋轉功能。
4.4 邊界條件設置
此處進行邊界條件設置，主要是依據進速系數進行入口速度大小設置。本案例中，僅計算了進速系數為0.4的情況，依據進速系數公式，此時的入口速度為1.22m/s。
在這個項目案例中，CFX模擬了船舶螺旋槳周圍的流動。
案例文件如下
研究背景及內容
螺旋槳是船舶的主要推進器之一，具有良好的水動力性能、較高的推進效率和簡單的結構等特點。然而，在船舶設計和運行中，螺旋槳的噪聲問題一直是一個重要且復雜的挑戰。
本研究使用仿真手段對旋轉槳的非空化噪聲進行研究。研究分為流體動力學仿真計算和聲學仿真計算，流體計算以縮比的DMPT P4119標準槳為研究對象。在穩態計算中，采用SST 湍流模型。瞬態計算采用大渦模擬(LES)湍流模型
本案例模擬三個熱源在圓柱表面移動，三個熱源相差120度，螺旋移動，并且到端部后自動往復，主要是采用激光加熱一個圓柱的案例
一、ANSYS Workbench 與 APDL 基礎
ANSYS Workbench 是一款功能強大的工程仿真平臺，它提供了直觀的圖形用戶界面（GUI），使用戶能夠方便地進行建模、分析和后處理等操作
</p><p>模型采用STAR-CCM+2402版本創建，參數化建模了螺旋槳，運行模擬保存場景圖片可制作含繪圖數據的場景動畫，也可以使用歷史文件直接創建攪拌的視頻。</p>
https://www.yqgqt.org.cn/video/c16982
否
isight集成catia_icem_fluent_仿真進行氣動優化（基于Kriging代理模型）
https://www.yqgqt.org.cn/video/c17331
否
基于LES和FWH模型的風扇（螺旋槳
總之，改進體積力法整體上可以較好地實現對敞水導管螺旋槳水動力數值的模擬，優于傳統螺旋槳體積力法，可為準確模擬艇體?導管槳（體積力）耦合水動力奠定基礎。
