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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。螺旋槳置于一個如下所示的虛擬水池中。螺旋槳是一個可變螺距螺旋槳，在前緣和尾緣處的槳轂和螺旋槳葉片之間有一個 0.3 mm 的間隙，在模擬中保持此間隙。使用 MRF 對螺旋槳的旋轉建模。

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。螺旋槳置于一個如下所示的虛擬水池中。螺旋槳是一個可變螺距螺旋槳，在前緣和尾緣處的槳轂和螺旋槳葉片之間有一個 0.3 mm 的間隙，在模擬中保持此間隙。使用 MRF 對螺旋槳的旋轉建模。

CONVERGE作為一款優秀CFD分析工具在船用發動機分析領域已經為人熟知，事實上，它在分析和優化螺旋槳設計上也具備很多優勢。通過完全自主的網格劃分，即便是最復雜的螺旋槳幾何形狀，CONVERGE也可以快速生成高質量的計算網格。同時，CONVERGE可以在每個時間步內對局部空間的網格實現重構，達到無縫適應螺旋槳運動的網格效果。

近年來，麻省理工學院（MIT）的林肯研究所發表聲明稱，環形螺旋槳具有低噪音和高效率的特性(1)。同年，日本航天局JAXA也證實了其獨特技術開發的低噪音螺旋槳“Looprop”有很好的靜音效果(2)。Sharrow Marine公司已經實現了船用環形螺旋槳的商業化，但無人機用環形螺旋槳目前仍在研究中。

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。

▲ 云霧狀空泡 梢渦空泡模擬幾何模型 以INSEAN E779A螺旋槳為研究對象，計算其水動力性能及空泡性能。在螺旋槳梢渦空泡數值模擬研究中，E779A槳是使用頻率最高的槳型之一，其幾何形狀如下圖所示。

03 實體導管螺旋槳敞水推力驗證 對 No.19A+Ka4-70(P/D = 1) 導管螺旋槳進行數值模擬，將導管推力、螺旋槳推力等的仿真結果與試驗值進行對比以驗證計算方法的合理性。

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！

下面以KP505槳模為案例，對螺旋槳模擬的主要步驟進行介紹。

船舶需要推力才能前進，這可以通過船體后面旋轉的螺旋槳產生。傳統上通過模型試驗來預測螺旋槳的推力和扭矩，這種方法耗時、需要人力和空間且成本高昂。或者，流動模擬可用于流體動力學設計，因為它相對節省時間、人力和空間。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

下面以KP505槳模為案例，對螺旋槳模擬的主要步驟進行介紹。

Sharrow Marine公司的船用環形螺旋槳（圖片來自網絡） 環形螺旋槳最大限度地減少了發生在螺旋槳葉梢渦流（空氣、水或其它流體的螺旋運動）的強度，因此噪聲更小。環形螺旋槳葉片下方有一個高壓區域，上方有一個低壓區域。

▲大型螺旋槳對材料和制作工藝要求很高 在專用軟件和計算機技術普及之前，螺旋槳的設計主要依靠相關技術專家的推理和經驗積累，概念模型的構建也無法得到太多智能計算的協助。在計算機性能迅速升級后，數字化設計大力協助了螺旋槳的定型，甚至可以通過模擬環境來還原各種螺旋槳在相應環境中的表現。

有學者利用大型空化水槽對螺旋槳空化噪聲的預測方法進行研究, 實驗驗證了標度法可有效預測螺旋槳空化噪聲[11-13]。

2.2敞水性能模擬失真分析對No.19A導管搭配Goldstein分布型螺旋槳的體積力模型（以下簡稱“導管+G”）進行數值模擬，探究該模型對導管螺旋槳敞水性能的數值模擬精度以及適用性。仿真場景如圖4所示，體積力源分布于導管內部以模擬實體螺旋槳的水動力效應。

大型船舶的螺旋槳生產技術目前只有少數國家掌握，在相當長的時間里，是阻礙中國大型船舶發展的一個“攔路虎”。 大型船用螺旋槳一般包括輪轂、槳葉、葉根、隨邊、葉稍和導邊，超大型螺旋槳的制造涉及到鑄造技術（防止空泡產生）、機械加工技術等多項難點，特別是形狀復雜、精度要求較高的螺旋槳，要用到高端的多軸聯動機床設備。