均流中PPTC螺旋桨梢涡空泡数值预报（英文）

文章采用Sauer空化模型,研究了网格类型和湍流模型对均流中螺旋桨梢涡空泡数值模拟的影响,研究表明,现有的空泡模型适合于螺旋桨梢涡空泡的数值模拟,其中梢涡空泡区域网格密度是关键,文中提出了一种合适的梢涡空泡区域网格加密方法。对PPTC螺旋桨全湿流和梢涡空泡进行了数值预报,螺旋桨梢涡空泡形态与试验结果进行了对比,并应用涡判据"Q准则"和"λ2准则"分析了梢涡与梢涡空泡的流动特征。全湿流中梢涡区域的涡量随周向的分布呈现单峰特性,最小涡量在涡心处,而空泡流中梢涡空泡区域的涡量随周向的分布呈现双峰特性,最小涡量不在涡心处。

实尺度螺旋桨抗唱音削边对梢涡空泡起始影响试验研究

修削桨叶是预防实船螺旋桨唱音发生较为常用的手段。为了研究抗唱音削边对实桨梢涡空泡性能的影响,以实尺度螺旋桨梢部的局部模型(0.9R~1.0R)为研究对象,采用不同梢部加工工艺制作模型,在高速空泡水筒中观测梢涡空泡起始和形态。试验结果表明,合适的抗唱音削边处理有助于改善梢涡空泡性能。自动削边和手动削边二者效果相当,但手工削边质量依赖工人手艺,容易破坏剖面翼型和改变剖面攻角,有时会导致涡唱现象发生。建议对实尺度螺旋桨梢部采用数控机床自动削边加工。

螺旋桨梢涡及梢涡空泡数值模拟

以PPTC(Potsdam Propeller Test Case)桨为研究对象,探索了螺旋桨梢涡及梢涡空泡的数值模拟方法。通过梢涡区域的划分及网格加密,对螺旋桨无空化流场进行了数值模拟,成功捕获了梢涡;然后基于均质混合流模型和Zwart-Gerber-Belamri空化模型对空化流场进行了数值模拟;并将计算结果与试验数据进行了广泛的比较和分析,以校验计算网格和计算方法。研究表明:无论片空泡还是梢涡空泡的计算结果均与试验观测吻合良好;同时,所得螺旋桨推力和扭矩系数也与试验值符合良好;有效地实现了梢涡捕捉及梢涡空泡模拟。同时指出,水中含气率对推力和扭矩系数的影响大于空泡形态。

三维水翼梢涡空泡和片空泡的雷诺数影响试验研究

螺旋桨空化是影响船舶隐身性能的一个重要因素,其中片空泡和梢涡空泡是两种主要的空泡类型。由于空化现象的复杂性,当前在工程实践中对螺旋桨空泡的预报主要是依靠模型试验。由于无法满足全相似律,如在缩比模型试验中难以满足雷诺数相似,其引起的尺度效应是影响预报精度的重要障碍。为此,需要引入相关的修正方法。针对一个给定尺度的三维水翼进行了不同攻角、不同水速下梢涡空化及片空化的试验来考察雷诺数的影响。试验在中国船舶科学研究中心的循环水槽进行,采用了高速摄影与水声设备。试验结果为建立基于模型试验的螺旋桨空化实船预报方法提供了依据。

三维水翼初始梢涡空泡数的尺度效应

针对梢涡流场和初始梢涡空泡数的尺度效应问题,利用大涡模拟(LES)湍流模型对三维水翼的梢涡流场流速进行模拟计算;为减少误差,对梢涡流域网格进行了局部加密处理,对未发生空化时梢涡内的轴向速度和切向速度进行计算.结果表明,LES湍流模型的流场流速计算结果与实验值吻合较好.同时,介绍了经典初始梢涡空泡数尺度效应公式的推导过程,并利用数值计算的速度环量和涡核半径修正尺度效应公式.

基于网格自适应技术的PPTC桨梢涡空泡数值模拟

首先对PPTC螺旋桨在无空化流条件下进行了数值模拟,并进行网格无关性分析。然后应用Schnerr-Sauer空化模型进行空化数值模拟,将计算结果与试验结果对比,验证计算结果的准确性。与实验数据进行比较发现,使用现有方法可以较好地模拟推力系数和扭矩系数以及片空泡分布,但无法充分模拟梢涡空泡现象。故提出了一种新的网格划分策略,将螺旋管区域加密与基于气体体积分数的网格自适应技术相结合,可以成功地模拟出PPTC螺旋桨尾部的梢涡空泡,并捕获到空化涡管卷起的现象,更精确地获得了流场的空化模式。

梢涡空泡研究发展现状

梢涡空泡的初生问题在空泡研究领域中一直是一个难题,对梢涡空泡的研究不仅可以用来预报空泡初生,还能在在此基础上研究出改进措施.在此对近20年来梢涡空泡理论和数值计算的相关内容进行了分析总结.梢涡空泡的初生受到多种因素的影响:流体品质(主要指流体中游离气核的尺寸分布),流场平均压力,以及局部脉动压力.现今提出的初始梢涡空泡数尺度公式将这三个因素都考虑在内,但脉动压力和流体品质的真正作用机理还需进一步研究.在数值计算领域,主要建立了球形空泡模型和非球形空泡模型,对在考虑不同因素下的整个梢涡空泡变化过程进行了模拟计算.

带前置定子的导管桨片空泡数值预报及梢涡空泡起始判别研究

对水下航行体后带前置定子的导管桨片空泡和梢涡空泡起始进行研究。首先,采用基于混合网格的RANS求解器结合Singal空泡模型,数值模拟带前置定子导管桨片空泡形态,并与试验结果进行对比,预报的片空泡形态与试验结果吻合良好,表明用该方法预报水下航行体后带前置定子导管桨片空泡可行;其次,对水下航行体后带前置定子的导管桨多个方案全湿流动进行了数值模拟,通过梢部端面的最小压力值判断空泡起始,与试验结果进行比对,其吻合良好,表明可用该方法判别梢涡空泡起始。

螺旋桨梢涡流场的DES模拟（英文）

文章应用分离涡模型(DES)对螺旋桨尾流中梢涡流场分布进行了数值研究。为准确模拟螺旋桨梢涡流场的信息,应用全六面体网格对螺旋桨计算域进行网格划分,通过迭代计算确定螺旋桨梢涡涡核的位置。为避免数值离散误差,对梢涡区域进行了网格加密处理。为了研究螺旋桨梢涡空间形态,文中采用涡核识别的"Q准则",对螺旋桨梢涡等值面进行定义。计算结果表明,该文建立的尾流中梢涡流场分布数值模拟方法能够准确预报出螺旋桨梢涡流场的分布及涡核形状,与实验测量结果相符。

考虑旋转和曲率修正的螺旋桨梢涡流场模拟

应用显式代数雷诺应力湍流模型对螺旋桨尾流中梢涡流场分布进行了数值研究,为了避免过高地预报梢涡涡核内湍流黏性耗散,对湍流模型进行了旋转和曲率修正.应用全六面体网格对螺旋桨计算域进行网格划分,为了避免数值离散误差,对梢涡区域进行了网格加密处理.计算结果表明:提出的尾流中梢涡流场分布数值模拟方法能够准确预报螺旋桨梢涡流场的分布及涡核位置,并准确反映了梢涡形成和发展过程中梢涡内主涡和次涡的关系,与实验测量结果基本一致.

某型船尾部异常噪声研究

试航中发现某型油船主机在450～600r/min时,在螺旋桨的正上方能明显听到异常噪声。通过定性分析排除了螺旋桨上有缠绕物、轴系的配合问题,定量分析排除了螺旋桨出现“谐鸣”的可能性,实船测试分析结果表明产生噪声的原因是由于螺旋桨出现了梢涡空泡现象。研究为船舶的同类现象提供参考。

船舶螺旋桨空泡激励振动信号时频特征分析

针对螺旋桨梢涡空泡所引起的尾部振动具有脉动性波动的非平稳特点,提出将经验模态分解方法(EMD)和Hilbert-Huang变换用于船舶尾部振动信号处理。Hilbert-Huang变换是基于经验模态分解和Hilbert谱的一种信号处理方法,EMD分解把时间序列信号分解成不同特征时间尺度的固有模态函数(IMF),通过对IMF分量进行Hilbert变换,从本质上分析螺旋桨激励响应信号的组成成分及特点。与FFT变换相比,体现了Hilbert-Huang变换的自适应性和先进性,可以有效提取螺旋桨梢涡空泡激励引起的船舶振动信号的时频特征。