導管槳仿真的案例
基于改進體積力法的導管螺旋槳水動力性能數值研究
仿真中，敞水性能曲線取Ka4-70單槳敞水曲線值，進速系數J取導管螺旋槳設計區間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分別為槳推力系數及導管推力系數，KTP0和KTD0為相應的試驗值[17]。
由圖5（a）可見，槳推力系數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、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，導致導管推力系數的模擬值與試驗值之間差異較大。
攻角的大小（或導管內外軸向流速比）影響翼型的升阻比，亦即影響導管推力的大小。導管內部流體的質量流量是導管內外軸向流速比的宏觀表征。各進速系數下的導管螺旋槳內流量如圖5（b）所示，其中為No.19A+Ka4-70實體導管螺旋槳的數值仿真結果。由圖可見，遠小于，差異較大。
展開 基于STAR-CCM+的導管槳CFD分析，轉起來！
1
螺旋槳數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/滑移網格法對一種特殊的槳——導管槳進行敞水性能的數值模擬。
2
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，后期在進行網格劃分時要注意區別控制。
展開 【數值模擬】基于改進體積力法的導管螺旋槳水動力性能
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。總覽圖 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。
展開 案例分享 | 利用螺旋槳MSC Cradle和無限葉片數螺旋槳理論進行方向舵干涉時的性能仿真研究
Conference book of the Japan Society of Naval Architects and Ocean Engineers. 21st issue: p555-558
無限葉片數螺旋槳理論
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螺旋槳理論功能后，使得螺旋槳和方向舵干涉狀態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。
展開 
設計仿真 | 基于Actran的螺旋槳非空化噪聲仿真研究
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，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據誤差在5%以內。聲學計算采用聲學商業軟件ACTRAN中的Lighthill聲類比方法計算螺旋槳在進速系數J=0.833時的非空化噪聲，所得聲場結果與文獻中的試驗數據誤差在10dB以內。
Research Methods
研究方法
01
槳葉模型
根據獲得的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計算時數據提取。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），不同區域之間的交界面設定為Interface邊界，如下圖2示。
展開 使用 CFD 仿真預測流體空化，進行精確的全尺寸螺旋槳仿真（免費領文檔）
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，這樣液體就會產生相變和氣泡。許多液體流動時都會發生這一現象，尤其是在泵、閥門和推進器之類旋轉機械中。流體空化會導致振動、噪聲和腐蝕，并因而導致結構磨損和損壞。在船舶應用中，推進器空化會降低推進效率并對船體和推進器葉片造成腐蝕。因此，準確預測是否會發生空化、在推進器的哪個部位發生、確保減少推進器設計次數或盡可能防止流體空化，都至關重要。
借助計算流體力學 (CFD) 進行多相建模，對于理解空化而言是不可或缺的工具。對于比例推進器模型進行的物理測試用途有限，因為預測和真實世界的全尺寸操作條件之間存在差異。CFD 可以準確預測空化并迅速用于多種設計研究。
了解如何執行準確的空化仿真
通過 Simcenter STAR-CCM+ 之類 CFD 代碼中的通用空化模型，可以準確預測船舶推進器的空化。本白皮書詳細探討運行空化仿真過程中可能遇到的難題。了解如何評估以下對象：
湍流模型
柵格解析度
推進器幾何形狀
尺度效應
對于空化仿真結果的影響。本白皮書囊括了 SVA Potsdam 公司的 CFD 仿真和實驗數據對比。
借助船舶 CFD 仿真推動船舶設計流程
我們堅信，全面的數字孿生對于船舶創新的未來和效率至關重要。我們的仿真和測試工具產品組合靈活、開放、可擴展，并且可以在船舶設計流程的每一步提供支持輔助。我們的解決方案提供集成設計環境、自動化船舶 CFD 工作流程和智能設計探索工具。這樣可以對許多設計變型進行快速分析，并從最早的設計階段就可以進一步了解推進器和船舶性能。
展開 仿真驅動的螺旋槳最優化方案
棲云科技憑借對氣動仿真技術的理解，近期推出了一套面向無人機企業的螺旋槳定制設計、制造服務。
眾所周知，計算流體力學模擬仿真技術在飛機、無人機設計上早已有了深入應用，在螺旋槳設計優化上也屢見不鮮，可以很容易查到相關文章、論文，然而很少有成熟的商業應用方案。棲云基于已有研究基礎，結合CFD仿真工具和三維建模軟件開發出一套數字化、全自動的螺旋槳設計、優化方法，極大減少了設計周期，降低了開發成本。
3、優化方案過程、方法
首先，采用三維軟件對螺旋槳進行參數化建模，將關鍵參數如槳距角、弦長等進行參數化；其次，將三維軟件和CFD仿真軟件進行交互，以參數化形式交換螺旋槳數據。數字化后的螺旋槳三維模型自動進行數值仿真，反饋結果后重新調整三維模型自動重建，輸入仿真軟件進行二次計算，如此迭代反復。最后，依靠遺傳算法、神經網絡等優化算法獲得最優的螺旋槳幾何參數。整個過程自動完成，來流、槳距角等關鍵參數自動尋優。
展開 航空發動機槳發匹配試驗仿真技術概述
利用先進的仿真模擬技術，開展高效的槳發匹配分析將是我們今后重點研究的工作。
船用調距槳機液伺服裝置跟隨性能仿真分析
文章分析了調距槳驅動方式的船用動力推進系統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
013-船用調距槳機液伺服裝置跟隨性能仿真分析.part1.rar
現場公開課 | Ansys空氣螺旋槳設計、仿真與優化專題
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值計算及優化設計的完整流程。
一、培訓目標
1.掌握空氣螺旋槳流體設計、數值計算驗證、優化的完整流程;
2.掌握空氣螺旋槳的數值計算驗證技術；
3.掌握空氣螺旋槳氣動噪聲、流固耦合等高級仿真技術；
4.可成為獨立軸流旋轉機械設計或仿真工程師，如風機、壓氣機、渦輪、泵等。
