螺旋桨梢涡不稳定性机理与演化模型研究

螺旋桨尾流场的涡流特性是一个基础但又十分复杂的流体力学问题,它的复杂性源于其蕴含复杂的漩涡系统,且该漩涡系统会在高速的剪切层流动中不断演化,其流体动力学行为,如由稳定态演变为不稳定态的机理以及复杂工况环境中的流动现象,一直是流体力学领域的难点和备受关注的热点问题.从工程应用的角度看,桨后梢涡的演化特性与船舶结构物的宏观特性直接相关,更好地理解多工况下螺旋桨尾流的动力学特性,将有助于改善与振动、噪声以及结构问题等相关的推进器性能,对综合性能优良的下一代螺旋桨的设计和优化有着重要的现实意义.本文基于延迟分离涡模拟、大涡模拟和无湍流模型模拟方法以及粒子图像测速流场测试分别开展了螺旋桨尾流动力学特性的数值与试验研究,对螺旋桨尾流不稳定性的触发机理进行了揭示.基于均匀来流中螺旋桨梢涡的演化机理,提出了螺旋桨梢涡演化模型.该模型能够较为准确地模拟螺旋桨梢涡的演化过程,预测螺旋桨梢涡融合的时间和位置,对螺旋桨流噪声预报和控制以及性能优良的螺旋桨设计具有重要意义.