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《基于多參考系和滑移網格模型的吊艙推進器水動力性能研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在教育資源-天天文庫。
1、基于多參考系和滑移網格模型的吊艙推進器水動力性能研究闖振菊1,黃勝1,胡健1，解學參1（1,哈爾濱工程大學船舶工程學院，黑龍江省哈爾濱市150001）摘要：利用CFD軟件，結合多參考系方法和滑移網格技術對粘性流場中某型拖式吊艙推進器的定常及非定常水動力性能進行了研究，得到了吊艙推進器的敞水性征曲線，以及隨著進速系數的變化吊艙推進器在X,Y,Z三個方向上推力和轉矩的變化規(guī)律。在數學的建模過程中，利用FORTRAN語言編制了計算吊艙推進器型值點的程序，然后把計算值導入FLUENT的前處理器GAMBIT
2、建立了光滑的三維計算模型。文中給出了吊艙推進器表面的壓力分布圖，以及槳盤面處的軸向，徑向和切向的速度分布圖。計算結果表明，螺旋槳的推力及轉矩呈周期性振蕩變化，并且振蕩的頻率以一倍葉頻為主，在支架的正前端存在一個軸向和切向速度的高峰區(qū)。關鍵詞:吊艙推進器，CFD，多參考系模型，滑移網格模型，水動力性能Abstract:UseCFDmethodandcombinedwithMRFandMovingMeshtechnologytodosomeresearchonthepoddedpropeller’sh
3、ydrodynamicperformanceintheviscousflowfield.ObtaineditscharacteristiccurveandtheregularityoftheforceandmomentinX,Y,Zdirections.ThenodesofpoddedpropellerwerecalculatedbyFORTRANprogram,whichwerefittedthroughNUMBSmethodinGAMBITsoastoestablishthecalculati
4、ngmodel.Thispapershowedthepressuredistributionontheblades,andtheaxial,radialandtangentialvelocityonthesurfaceoftheblade.Theresultsshowedthattheforceandmomentofthepoddedpropellervibratesperiodically,andthereisahighaxialandtangentialvelocityzonebeforeth
5、epod.KeyWords:poddedpropeller,CFD,MRF,MovingMesh,hydrodynamicperformance1引言吊艙式推進器是近年來發(fā)展起來的一種新型的船舶推進系統(tǒng)，是目前船舶推進系統(tǒng)研究開發(fā)領域引人矚目的焦點。POD推進器主要由支架、吊艙和螺旋槳等部件構成。其中，吊艙通過支架懸掛在船體下面，艙體內置電機直接驅動艙體前端和（或）后端的螺旋槳。其設計思想的革命性在于，它把螺旋槳驅動電機置于一個能360o回轉的吊艙內，懸掛在船下，集推進裝置和操舵裝置于一體，省去了
6、通常所使用的推進器軸系和舵。POD推進器將推進系統(tǒng)置于船外，可以節(jié)省船體內大量的空間，從而極大地增加了船舶設計、建造和使用的靈活性。目前國內在吊艙推進器方面主要關注其水動力性能，目前研究水動力性能主要有兩種方法：勢流方法和粘性流方法。勢流方法的基本假設是把水看成一種無旋、無粘的理想流體，不考慮水的粘性作用，同時不考慮流體分離。粘性流方法相對于勢流理論在上述方面有一定的優(yōu)越性，可以近似的模擬流場的真實流動。鑒于此文章用選擇CFD方法來計算吊艙推進器的水動力性能。2CFD方法的基本理論2.1多參考系模
7、型（MRF）的基本理論MRF模型是旋轉單元體的穩(wěn)態(tài)近似。它求解出來的流場是一個充分發(fā)展的流場，這個流場再以一定的速度運動就可以得到實際的流場，多參考系模型方法是近似的，當螺旋槳和艙體之間相互作用相對較弱時可以使用MRF模型求解吊艙推進器的定常水動力性能。2.1.1連續(xù)性方程旋轉坐標系下的連續(xù)性方程表示為:(1）寫成張量形式為：（2）式中，是密度，是時間，是速度矢量。此式是瞬態(tài)三維可壓流體的質量守恒方程。若流體不可壓，或者密度為常數。則其散度形式為2.1.2相對速度公式在MRF方法中計算區(qū)域分為不同
8、的子域，每個子域的控制方程是關于子域參考系而寫的。在兩子域間的邊界，子域的控制方程的擴散項和其他項需要鄰近子域的速度值，使用相對速度公式，每個子域的速度相對于子域的運動計算。速度和速度梯度從移動參考系如下描述的轉換到絕對慣性系。計算區(qū)域旋轉軸的初始位置的位置向量定義為：（3）圖1相對速度坐標系這里的是笛卡兒坐標的位置向量，是計算區(qū)域旋轉軸的初始位置。移動參考系的相對速度可以通過以下方程轉換為絕對（靜止）參考系的值：（4）這里的速度是絕對慣性參考系的速度，是相對非慣性參考系的速度值，
