導管槳仿真
關注創(chuàng)建者：aero-engine 創(chuàng)建時間：2023-07-06
導管槳仿真的視頻教程
基于icem+fluent飛機螺旋槳氣動仿真與噪聲仿真
(螺旋槳仿真/旋翼仿真/風機仿真/旋轉機械仿真) 有疑問和建議請私信我，共同交流進步！ 注：視頻涉及的所有文件在附件中，請一起下載！
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螺旋槳飛機埋入式?jīng)_壓進氣口仿真計算
1.掌握fluent旋轉機械仿真的MRF設置方法； 2.旋轉機械與流場結合的建模方法，講解了螺旋槳后埋入式進氣口分析，局部細節(jié)的處理； 3.掌握SCDM MESH網(wǎng)格劃分的方法，包括局部加密、邊界層網(wǎng)格、網(wǎng)格共節(jié)點設置的應用； 4.講解了CFD-POST后處理方法，在任意位置創(chuàng)建指定平面進行后處理。
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基于MRF與重疊網(wǎng)格的對轉螺旋槳氣動仿真
1.旋轉機械模型前處理過程，網(wǎng)格加密方法； 2.共節(jié)點網(wǎng)格劃分方法； 3.重疊網(wǎng)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(wǎng)格劃分與后處理； 7.提供源文件與后期答疑
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導管槳仿真的實例教程
仿真中，敞水性能曲線取Ka4-70單槳敞水曲線值，進速系數(shù)J取導管螺旋槳設計區(qū)間0.1～0.7，螺旋槳體積力模型轉速n恒為1500r/min。導管+G的敞水性能曲線仿真結果如圖5（a）所示。圖中，KTPG和KTDG分別為槳推力系數(shù)及導管推力系數(shù)，KTP0和KTD0為相應的試驗值[17]。
由圖5（a）可見，槳推力系數(shù)與試驗值的變化趨勢一致，平均相對誤差為?8%；而導管推力系數(shù)與試驗值的變化趨勢則相去甚遠，平均相對誤差在50%以上。為了探究導管推力仿真值精度較低的原因，對導管的受力進行了分析。導管流場和導管切面的受力分析如圖6所示。圖中，和分別為翼型升力與阻力，F(xiàn)為合力。No.19A導管屬加速型導管，可使流入槳盤的水流加速，從而形成導管內(nèi)部流速相對較高、導管外部流速相對較低的流場特征。在導管和螺旋槳的共同作用下，導管切面的來流速度如圖6（b）所示。導管切面可以視為翼型，為攻角，當導管內(nèi)、外的軸向流速比增大時，攻角增大，反之減小。當攻角較大時，合力F的軸向分力指向上游，此時，導管產(chǎn)生前進方向的推力；當攻角恰好為使得合力F的方向為徑向的某值時，導管推力=0；同理，當攻角較小時，導管將產(chǎn)生指向下游的負推力。因此，導管推力與導管和螺旋槳耦合的水動力有關，然而Goldstein分布型螺旋槳體積力模型卻并未考慮導管和螺旋槳的相互作用，導致導管推力系數(shù)的模擬值與試驗值之間差異較大。
攻角的大小（或導管內(nèi)外軸向流速比）影響翼型的升阻比，亦即影響導管推力的大小。導管內(nèi)部流體的質量流量是導管內(nèi)外軸向流速比的宏觀表征。各進速系數(shù)下的導管螺旋槳內(nèi)流量如圖5（b）所示，其中為No.19A+Ka4-70實體導管螺旋槳的數(shù)值仿真結果。由圖可見，遠小于，差異較大。
展開 1
螺旋槳數(shù)值模擬常用的三種方法：
Moving Reference Frames (MRF)
Rigid Body Motion (RBM)
Overset Mesh (OM)
若對這三種方法的特點、適用范圍和優(yōu)缺點進行過對比可知：
所有的旋轉機械——螺旋槳、渦輪機械、水泵、攪拌機、海上風機等等，均可以采用這三種方法進行性能評估和預報。
今天小二就采用第二種方法，即剛體運動法/滑移網(wǎng)格法對一種特殊的槳——導管槳進行敞水性能的數(shù)值模擬。
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導管槳由螺旋槳和具有流線形剖面的導管組合而成，導管的存在能夠顯著改善工作在船后的螺旋槳的伴流場，并產(chǎn)生一定的額外推力，對提高重載荷船舶的螺旋槳效率效果尤為明顯。
因此，近年來，導管槳在現(xiàn)代水面艦船和水下運載器上的應用越來越廣泛了。
本次小二對某遙控式水下機器人（Remotely Operated Vehicle, ROV）的導管槳進行敞水性能分析，其模型如下。
可以看出，該導管槳由安裝支架、驅動電機、柵格、導管和槳葉、槳轂等組成，各零件之間尺寸差異較大，后期在進行網(wǎng)格劃分時要注意區(qū)別控制。
展開 表 1 導管螺旋槳推力計算方法驗證
04 計算結果與分析
（1）基于改進體積力法的導管螺旋槳敞水水動力性能
使用經(jīng)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(shù)值模擬。總覽圖 6，發(fā)現(xiàn)經(jīng)流量修正的均布形式的改進體積力法和經(jīng)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(shù)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。
展開 研究背景及內(nèi)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(zhàn)。
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(wěn)態(tài)計算中，采用SST 湍流模型。瞬態(tài)計算采用大渦模擬(LES)湍流模型，計算不同工況下螺旋槳的水動力性能。所得流場結果與文獻中的試驗數(shù)據(jù)誤差在5%以內(nèi)。聲學計算采用聲學商業(yè)軟件ACTRAN中的Lighthill聲類比方法計算螺旋槳在進速系數(shù)J=0.833時的非空化噪聲，所得聲場結果與文獻中的試驗數(shù)據(jù)誤差在10dB以內(nèi)。
Research Methods
研究方法
01
槳葉模型
根據(jù)獲得的DTMB P4119螺旋槳的型值表，進行幾何建模。螺旋槳直徑為0.3048米，葉片數(shù)為3。完成標準尺寸的螺旋槳建模后，以螺旋槳中心為基準點，按比例縮小，縮放因子為0.657894。縮放后的直徑為D=0.2米。縮小比例的螺旋槳的主要特征如表1所示。
02
流體動力學模型
如圖1所示在螺旋槳周圍創(chuàng)建三個流體域，即螺旋槳周圍均勻包裹小流體域，中間流體域及最外層流體域。螺旋槳周圍均勻包裹小流體域為旋轉域，包裹住螺旋槳。中間流體域（Mid region）為靜止域專為Actran計算時數(shù)據(jù)提取。采用速度進口邊界（velocity inlet）模擬流體的流動，流體流動方向垂直于進口表面。螺旋槳表面被設定為無滑移邊界（wall），而計算域的外圓柱面被設定為對稱邊界（symmetry）。流體出口被設定為壓力出口邊界（pressure outlet），不同區(qū)域之間的交界面設定為Interface邊界，如下圖2示。
展開 Conference book of the Japan Society of Naval Architects and Ocean Engineers. 21st issue: p555-558
無限葉片數(shù)螺旋槳理論
螺旋槳/ 方向舵干涉仿真
仿真結果與實測結果的比較
小結
MSC Cradle里配置了無限葉片數(shù)螺旋槳理論功能后，使得螺旋槳和方向舵干涉狀態(tài)的計算成本大幅降低，而且仿真結果與實驗結果高度一致。MSC Cradle還可以考慮船體的干涉，是推進性能預測的工具。
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導管槳仿真的相關專題、標簽、搜索
導管槳仿真的最新內(nèi)容
研究背景及內(nèi)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(zhàn)。
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(wěn)態(tài)計算中，采用SST 湍流模型。瞬態(tài)計算采用大渦模擬(LES)湍流模型
摘 要:
［目的］旨在解決傳統(tǒng)Goldstein體積力法在導管螺旋槳水動力仿真中的適用局限性問題。
［方法］首先，基于機翼理論，分析導管水動力模擬失真的原因，并以質量流量和體積力分布模型為切入點，提出修正思想和方法；然后，采用RANS方法探究經(jīng)質量流量修正后的2種體積力分布模型的模擬精度。
基于機翼理論，分析導管水動力模擬失真的原因，并以質量流量和體積力分布模型為切入點，提出修正思想和方法；然后，采用 RANS 方法探究經(jīng)質量流量修正后的 2 種體積力分布模型的模擬精度。
01數(shù)值模擬方法
1、一件反經(jīng)驗的螺旋槳實測結果
最近，發(fā)生了一件有趣的事，筆者接到客戶關于多旋翼螺旋槳的測試反饋，在實測商業(yè)系列槳時觀察到一個有趣的現(xiàn)象，當無人機處于有風條件或低速巡航狀態(tài)時其巡航能力反而強于懸停狀態(tài)。這種反經(jīng)驗的現(xiàn)象看似奇怪，實際上卻恰恰反映了商業(yè)螺旋槳的固有特性，由于商業(yè)槳要面向大多數(shù)客戶，所以其性能必然處于中間狀態(tài)以適應大多數(shù)場景
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螺旋槳數(shù)值模擬常用的三種方法：
Moving Reference Frames (MRF)
Rigid Body Motion
導讀：一款成熟的活塞式航空發(fā)動機，如果要在飛行包線內(nèi)發(fā)揮最優(yōu)的動力輸出性能，還需要匹配的螺旋槳。除了發(fā)動機的功率輸出特性，還需要了解螺旋槳的功率吸收特性，并以發(fā)動機的外特性曲線和螺旋槳的推進特性曲線為基礎，得出該活塞發(fā)動機匹配螺旋槳的最佳方法。了解槳發(fā)匹配相關的試驗與仿真技術，有助于槳發(fā)匹配的研究與推進。
預測和減少流體空化對于很多工業(yè)應用都至關重要，包括船舶推進器。計算流體力學 (CFD) 可以用于預測流體空化并在設計流程早期探索備選設計。本白皮書探討船舶推進器空化仿真的重要方面。它評估準確仿真潛在錯誤的相對影響、如何降低其影響以及在比例模型物理測試過程中模擬全尺寸推進器的優(yōu)勢所在。
使用 CFD 仿真預測流體空化并降低其影響
空化是由流體壓力驟降引起的，這樣液體就會產(chǎn)生相變和氣泡。許多液體流動時都會發(fā)生這一現(xiàn)象
本次培訓包含了空氣螺旋槳設計理論、翼型氣動理論及氣動計算、槳葉的建模、氣動性能、氣動噪聲和流固耦合的數(shù)值計算及優(yōu)化設計的完整流程。
一、培訓目標
1.掌握空氣螺旋槳流體設計
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螺旋槳與方向舵的干涉
利用CFD仿真進行船舶推進性能預測時，考慮船體與螺旋槳，方向舵的相互干涉是要點。用實際形狀的螺旋槳旋轉來進行考察雖然可行，但是計算負荷成為障礙。本研究中，基于計算負荷低，且已經(jīng)有實際應用案例的無限葉片數(shù)螺旋槳理論[1,2,3]，在
文章分析了調距槳驅動方式的船用動力推進系統(tǒng)的機液伺服裝置的工作原理，建立了Amesim 模型，從調距槳轉速、機液伺服閥流量兩方面分析了機液伺服裝置的跟隨性能.
013-船用調距槳機液伺服裝置跟隨性能仿真分析.part2.rar
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