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5 計算結果與分析5.1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。

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。

兩個前螺旋槳由垂直狀態轉為前傾可變角度狀態，后空氣螺旋槳垂直向上不變，機尾的水推進螺旋槳在離水前仍可運行產生一定推力。這時，機翼升出水面，當航行器以一定速度前進時，會產生一定的升力。

該方法可通過在螺旋槳等設備內部布設流道并在表面開設射流孔，從而實現向局部流場內噴射高速流體進而實現空化抑制效果。▲ 螺旋槳中布置的主動射流流道經試驗驗證，主動射流可以有效降低梢渦空化的發展長度。

通過定義場函數來定義出螺旋槳進口的進速系數。（6）創建性能報告。螺旋槳性能數據包括前進系數、推力系數、扭矩系數和敞水效率。利用自定義場函數定義出四個變量，進行仿真，最終四個數據與實驗結果的對比如下： 螺旋槳仿真性能與實驗性能的對比螺旋槳壓力分布 ? end ? 文章來源有限猿仿真

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。

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。

通過定義場函數來定義出螺旋槳進口的進速系數。（6）創建性能報告。螺旋槳性能數據包括前進系數、推力系數、扭矩系數和敞水效率。利用自定義場函數定義出四個變量，進行仿真，最終四個數據與實驗結果的對比如下： 螺旋槳仿真性能與實驗性能的對比螺旋槳壓力分布 ? end ? 文章來源：有限猿仿真

而每個螺旋槳又各有5片槳葉，每片的重量就達到了30噸，因此這種核動力航母的螺旋槳部分重量就達到600噸！在這些巨型螺旋槳制造時，從曲面弧度、敞水效率到螺旋槳光潔度，都有很高的加工標準，如果沒有高端的多軸聯動機床，就很難達到要求。時至今日，美國的軍用高端機床也保持著巨大的領先優勢。

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。

此時，螺旋槳敞水性能的計算結果如下圖所示。 可見，不論是水動力性能，還是梢渦及梢渦空泡都得到了較為精確的模擬，證明本案例所采用的方法真實可靠。文章來源：shipCFD

圖2 在刀片上及周圍的網格 03 結果分析 （1）性能特點 對螺旋槳敞水的性能特性進行了實驗和數值分析。

當螺旋槳周圍流體的壓強降低到水的飽和蒸氣壓以下時, 將會出現空化現象[1-6]。空化現象產生的空化氣泡隨著水流進行運動, 當遇到高壓區或障礙物后會產生潰滅, 其特殊的內爆特性使其潰滅時產生巨大的能量。空化氣泡的潰滅會對水下螺旋槳推進器產生一系列的危害, 比如導致螺旋槳加速腐蝕、加劇推進器的振動、提高水動力噪聲等。

本案例利用Fluent中的MRF模型，對螺旋槳敞水水動力性能問題進行了仿真計算。該案例僅對螺旋槳的穩態計算進行了簡單演示，其余的旋轉機械的仿真設置與本案例基本一致，可按照該案例進行相關設置。本文僅計算了進速系數為0.4的工況，計算結果與相關實驗較為接近。

而槳葉表面的表面粗糙度和刀具紋路對水的流動起著非常重要的作用，因此螺旋槳的槳葉對表面性能要求很高，對機械加工提出了嚴格的要求，需要加工制造人員具備充足的 理論功底和編程技巧。

本案例演示模擬船舶在螺旋槳產生推力的作用下穿過靜水的運動。螺旋槳布置在船尾中部，轉速為2300 rpm。由于渦流和壓力梯度的原因，這些類型模擬中的螺旋槳效力會顯著影響船身性能，因此非常重要。

定義如下幾個參數，用以評價螺旋槳的性能： 其中Va為來流速度（m/s），本案例為0.3m/s；D為螺旋槳葉片外徑（m），本案例為1.2m，n為轉速（轉/秒），本案例為（200/60）轉/秒T為推力（N），Q為扭矩（Nm），ρ為介質密度（kg/m3），水的密度998.2 kg/m3。

研究對象依然是SVA Potsdam可控螺距螺旋槳VP1304幾何。仿真模型利用CONVERGE的VOF方法，單獨組分求解來模擬多相流。此外，還會用到表面壓縮技術來追蹤空氣和水的界面。和之前的案例一樣，CONVERGE自動化網格生成技術讓案例設置更簡單，AMR有助于重要物理現象的準確捕捉。

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。

本案例利用Fluent中的MRF模型，對螺旋槳敞水水動力性能問題進行了仿真計算。該案例僅對螺旋槳的穩態計算進行了簡單演示，其余的旋轉機械的仿真設置與本案例基本一致，可按照該案例進行相關設置。本文僅計算了進速系數為0.4的工況，計算結果與相關實驗較為接近。