基于OpenFOAM的螺旋桨紧急倒车工况数值模拟

螺旋桨在紧急倒车工况下的水动力特性与船舶的紧急制动能力密切相关并直接影响船舶的航行安全性.基于开源计算流体动力学平台OpenFOAM中的雷诺平均求解器对螺旋桨在紧急倒车工况下的水动力特性及绕流场开展数值研究.以5叶螺旋桨DTMB4381模型为研究对象,对其正车前进以及紧急倒车工况进行数值模拟.通过与国际上公开的模型试验结果进行对比,验证了所采用的数值方法在预报螺旋桨不同工况下水动力性能方面的有效性.基于数值模拟获得的水动力载荷及流场信息,探讨了紧急倒车工况下局部绕流场特征随进速变化的规律及其与螺旋桨整体水动力特性之间的关系,为船舶紧急倒车制动能力评估提供了理论依据.

潜艇紧急倒车工况流场与水动力的大涡模拟研究

紧急倒车是潜艇应急操纵下的一种重要工况。紧急倒车时推进器反转使得潜艇尾部流场十分复杂,以推进器周围存在大尺度涡环为主要特征,属典型的非定常非均匀的三维复杂涡旋流场。本文首先利用大涡模拟(LES)方法对AU5-65螺旋桨正车前进与紧急倒车工况的流场与水动力进行计算分析。计算采用五套全域结构化网格以及四种亚格子应力模型,对规范的网格收敛性与亚格子涡模型影响性进行研究,通过AU5-65桨敞水特性试验数据校验计算方法的可靠性与稳定性。在敞水计算研究基础上,又对带有AU5-65桨的SUBOFF潜艇正车前进与紧急倒车工况的流场与水动力进行数值计算研究。计算得到的尾翼马蹄涡、桨叶梢涡与毂涡等流动精细结构符合实际流动情况,计算捕捉到的大尺度涡环结构以及复杂的非定常尾流等紧急倒车工况下的流动现象也符合常规认识。最后,将不同工况的水动力与流场进行详细的对比分析,清晰地展示紧急倒车工况的典型物理特征。研究结果表明,本文建立的基于大涡模拟的数值计算方法用于潜艇紧急倒车工况计算切实可行。

AU5-65螺旋桨紧急倒车工况流场与涡流噪声数值模拟研究

该文利用大涡模拟(LES)与FW-H声学类比方法对AU5-65螺旋桨第一象限(前进正车)和第三象限(紧急倒车)下的流场与涡流噪声进行了数值模拟研究。在规范的网格收敛性分析和亚格子涡模型影响性分析的基础上,采用1 063万网格与SL亚格子涡模型,首先对螺旋桨敞水第一和第三象限不同进速下的流场与水动力性能展开了计算分析,并通过相关试验数据校验了计算方法的可靠性,将不同工况与不同进速系数下的瞬态流场、桨叶切面压力和涡旋结构演化等结果进行了对比分析;在此基础上,结合FW-H方程对AU5-65桨敞水正车前进与紧急倒车时涡流噪声频谱进行了计算分析,探讨了紧急倒车工况下的螺旋桨涡流噪声幅值与频率特征。研究结果表明,该文建立的数值计算方法适用于螺旋桨紧急倒车工况下的流动与噪声模拟。

艇体对螺旋桨紧急倒车诱导涡的影响

为探究艇体对紧急倒车时螺旋桨诱导涡的影响,基于大涡模拟(LES)湍流模型,以Star CCM+为工具,对Sub-off后的E1619桨周围的流场特性进行计算,并对网格和时间步长进行收敛性分析,提高计算结果的可靠性.计算结果表明:上游艇体的存在会明显加剧螺旋桨诱导涡的变形和演化,进而增加其载荷波动程度及载荷平均值,反之,螺旋桨的紧急倒车运转亦会增加艇体阻力的均值和波动;极限载荷工况下桨叶间的流动分离是造成环状涡急剧变形和分离的重要原因.