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1) 導(dǎo)管螺旋槳的空化區(qū)域主要集中在葉梢和槳轂尾端兩部位, 通過(guò)加裝前置定子和后置定子, 在相同工況下可以有效抑制空化的發(fā)生, 前置定子的空化抑制效果可達(dá)80%以上, 明顯高于后置定子。 2) 增大后置定子的弦徑比可以明顯促進(jìn)推進(jìn)器效率; 安裝距離雖然不能明顯提高整體效率, 但是空化抑制率隨著安裝距離的增大將減小。

研究背景及內(nèi)容螺旋槳是船舶的主要推進(jìn)器之一，具有良好的水動(dòng)力性能、較高的推進(jìn)效率和簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)等特點(diǎn)。然而，在船舶設(shè)計(jì)和運(yùn)行中，螺旋槳的噪聲問(wèn)題一直是一個(gè)重要且復(fù)雜的挑戰(zhàn)。本研究使用仿真手段對(duì)旋轉(zhuǎn)槳的非空化噪聲進(jìn)行研究。研究分為流體動(dòng)力學(xué)仿真計(jì)算和聲學(xué)仿真計(jì)算，流體計(jì)算以縮比的DMPT P4119標(biāo)準(zhǔn)槳為研究對(duì)象。在穩(wěn)態(tài)計(jì)算中，采用SST 湍流模型。

該方法可通過(guò)在螺旋槳等設(shè)備內(nèi)部布設(shè)流道并在表面開(kāi)設(shè)射流孔，從而實(shí)現(xiàn)向局部流場(chǎng)內(nèi)噴射高速流體進(jìn)而實(shí)現(xiàn)空化抑制效果。▲ 螺旋槳中布置的主動(dòng)射流流道經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，主動(dòng)射流可以有效降低梢渦空化的發(fā)展長(zhǎng)度。

許多液體流動(dòng)時(shí)都會(huì)發(fā)生這一現(xiàn)象，尤其是在泵、閥門(mén)和推進(jìn)器之類(lèi)旋轉(zhuǎn)機(jī)械中。流體空化會(huì)導(dǎo)致振動(dòng)、噪聲和腐蝕，并因而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)磨損和損壞。在船舶應(yīng)用中，推進(jìn)器空化會(huì)降低推進(jìn)效率并對(duì)船體和推進(jìn)器葉片造成腐蝕。因此，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)是否會(huì)發(fā)生空化、在推進(jìn)器的哪個(gè)部位發(fā)生、確保減少推進(jìn)器設(shè)計(jì)次數(shù)或盡可能防止流體空化，都至關(guān)重要。借助計(jì)算流體力學(xué) (CFD) 進(jìn)行多相建模，對(duì)于理解空化而言是不可或缺的工具。

渦核中壓力最低，當(dāng)降至某一臨界壓力時(shí)即發(fā)生空泡。 一般而言，梢渦空泡的發(fā)生先于其他形式的空泡，空泡水筒中的壓力降低到一定值時(shí)，就可清晰地看到從葉梢曳出的螺旋形梢渦空泡和轂渦空泡。這種空泡對(duì)螺旋槳的水動(dòng)力性能沒(méi)有影響，對(duì)材料的剝蝕也沒(méi)有什么威脅，但梢渦空泡往往使螺旋槳的噪聲明顯加大。 ▲ 渦空泡 泡狀空泡。

這些機(jī)器的一些常見(jiàn)示例是渦輪機(jī)、螺旋槳、泵和軸承。在這些機(jī)器中，只要機(jī)器中使用的流體經(jīng)歷壓力和速度波動(dòng)，就會(huì)發(fā)生氣蝕。流體動(dòng)力空化是當(dāng)?shù)蛪簠^(qū)域在流體裝置中發(fā)展并形成蒸汽空腔時(shí)發(fā)生的一種空化。 空化 泵、軸承和螺旋槳都使用與其運(yùn)行相關(guān)的流體。每當(dāng)流體的壓力和速度波動(dòng)時(shí)，流體中就會(huì)產(chǎn)生空化現(xiàn)象。在空化中，壓力在恒定的環(huán)境溫度下下降到較低水平。 空化是一種兩相流體流動(dòng)現(xiàn)象。

空化噪聲： 物體與水的相對(duì)運(yùn)動(dòng)引起局部壓力下降導(dǎo)致空化。螺旋槳空炮又分成稍渦空化、葉表面空炮和轂渦空泡。潛艇到達(dá)臨界轉(zhuǎn)速，空化噪聲強(qiáng)度急劇上升，其強(qiáng)度正比于空泡體積，空泡尺度逐漸從微米級(jí)增加到毫米，強(qiáng)度增大的同時(shí)，能量峰值逐步向低頻移動(dòng)。在實(shí)際工程中，空泡通常會(huì)收到非均勻來(lái)流的影響，因此出現(xiàn)軸頻調(diào)制。

結(jié)合CONVERGE的流體-結(jié)構(gòu)交互作用（FSI）和空化模型，用戶(hù)可以對(duì)船舶推進(jìn)和螺旋槳磨損進(jìn)行更全面的研究。

螺旋槳空化噪聲與航速關(guān)系如下： 航速低于臨界航速，空化噪聲級(jí)很低(未發(fā)生空化)； 航速增大至臨界航速，空化噪聲級(jí)急劇增大(空化發(fā)生、發(fā)展)； 航速繼續(xù)增大，空化噪聲級(jí)基本趨于穩(wěn)定(空化充分)。 螺旋槳空化噪聲與航深關(guān)系：航行深度增加，臨界航速提高，空化噪聲級(jí)增加。

本仿真中螺旋槳直徑為0.25m。螺旋槳轉(zhuǎn)速為15 rps。 2 STAR-CCM+設(shè)置 （1）在使用MRF 對(duì)螺旋槳的運(yùn)動(dòng)建模。起始模擬文件包含兩個(gè)區(qū)域，一個(gè)用于旋轉(zhuǎn)的螺旋槳，另一個(gè)用于靜態(tài)流體域。

圖 5 密封圈磨損 三、機(jī)理分析 圖6 調(diào)距槳槳轂結(jié)構(gòu)剖面圖 圖6為調(diào)距槳槳轂結(jié)構(gòu)剖面圖,其中1為槳葉根部密封圈、2為螺旋槳槳葉、3為槳葉托盤(pán)、4為活塞。

該體積力沿圓柱形虛擬盤(pán)軸向均勻分布，徑向分布遵循Goldstein最優(yōu)化分布：其中：以上式中：，分別為體積力的軸向分量與切向分量；r為徑向坐標(biāo)；為槳轂半徑；梢圓半徑；Δ為虛擬盤(pán)厚度；T，Q分別為螺旋槳的推力和扭矩。

螺旋槳槳葉在氣動(dòng)力及離心力的作用下會(huì)發(fā)生變形，另外空氣的壓力脈動(dòng)及發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸會(huì)造成螺旋槳振動(dòng)。螺旋槳設(shè)計(jì)中不僅要分析其強(qiáng)度，還需要了解其動(dòng)力特性，尤其是槳葉-槳轂-槳軸耦合動(dòng)力特性。CAE可以求解其模態(tài)，并對(duì)其在相同激勵(lì)工況下的振動(dòng)頻率響應(yīng)進(jìn)行分析。

本仿真中螺旋槳直徑為0.25m。螺旋槳轉(zhuǎn)速為15 rps。 2 STAR-CCM+設(shè)置 （1）在使用MRF 對(duì)螺旋槳的運(yùn)動(dòng)建模。起始模擬文件包含兩個(gè)區(qū)域，一個(gè)用于旋轉(zhuǎn)的螺旋槳，另一個(gè)用于靜態(tài)流體域。

它發(fā)生在許多領(lǐng)域，例如船用螺旋槳、水翼、魚(yú)雷、泵等。許多出版物都涵蓋了該主題，有時(shí)從另一個(gè)角度，從空化開(kāi)始到其實(shí)際物理建模，使用實(shí)用的方法或更復(fù)雜的模型。Cadence 希望通過(guò)這篇博客文章分享其一些專(zhuān)業(yè)知識(shí)， 總結(jié)最先進(jìn)的 CFD 技術(shù) 用于氣蝕預(yù)測(cè)并涵蓋不同的應(yīng)用和 CFD 功能，以滿足工程師的需求。空化起始為了最初研究空化的產(chǎn)生，工程師可能會(huì)傾向于只查看 3D 場(chǎng)中的壓力水平。

大綱本案例中，Erteco必須找出并解決船只螺旋槳內(nèi)部的玻纖塑料輪轂組件碎裂原因。螺槳轂在船只負(fù)重過(guò)重的情況下，螺旋槳葉片旋轉(zhuǎn)時(shí)就容易發(fā)生碎裂問(wèn)題，影響產(chǎn)品的整體質(zhì)量和性能。

在工程上有個(gè)專(zhuān)業(yè)的名字，空化，屏幕前的工科生DNA有沒(méi)有動(dòng)一下，尤其是對(duì)于研究水輪機(jī)或船舶螺旋槳的小伙伴，空化應(yīng)該是大米飯一樣的存在。我用流體仿真軟件AICFD簡(jiǎn)單模擬了螺旋槳空化，大家可以看到藍(lán)色低壓區(qū)內(nèi)存在低密度區(qū)，低密度區(qū)就是空化區(qū)域，易產(chǎn)生氣泡的區(qū)域。空化威力很大，空泡的出現(xiàn)和破裂會(huì)造成壓力波動(dòng)，甚至?xí)a(chǎn)生激波。

1、一件反經(jīng)驗(yàn)的螺旋槳實(shí)測(cè)結(jié)果 最近，發(fā)生了一件有趣的事，筆者接到客戶(hù)關(guān)于多旋翼螺旋槳的測(cè)試反饋，在實(shí)測(cè)商業(yè)系列槳時(shí)觀察到一個(gè)有趣的現(xiàn)象，當(dāng)無(wú)人機(jī)處于有風(fēng)條件或低速巡航狀態(tài)時(shí)其巡航能力反而強(qiáng)于懸停狀態(tài)。

有何特點(diǎn) 螺旋槳是一種常見(jiàn)的動(dòng)力機(jī)械，其重要組成部分、槳葉會(huì)在空氣或水里按照特定規(guī)律和速度進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，常見(jiàn)于飛機(jī)和艦船。艦船螺旋槳包括輪轂、槳葉、葉根、隨邊、葉稍和導(dǎo)邊。會(huì)有兩個(gè)或多個(gè)槳葉與轂連接，而槳葉向后的一面就是其螺旋面。在圍繞軸承運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，螺旋槳必須要使其各剖面在升阻比較大的仰角工作，這樣才能讓拉力達(dá)到最大值，最終讓動(dòng)力效率達(dá)到提升。

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