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1、基于多參考系和滑移網(wǎng)格模型的吊艙推進(jìn)器水動(dòng)力性能研究闖振菊1,黃勝1,胡健1，解學(xué)參1（1,哈爾濱工程大學(xué)船舶工程學(xué)院，黑龍江省哈爾濱市150001）摘要：利用CFD軟件，結(jié)合多參考系方法和滑移網(wǎng)格技術(shù)對(duì)粘性流場中某型拖式吊艙推進(jìn)器的定常及非定常水動(dòng)力性能進(jìn)行了研究，得到了吊艙推進(jìn)器的敞水性征曲線，以及隨著進(jìn)速系數(shù)的變化吊艙推進(jìn)器在X,Y,Z三個(gè)方向上推力和轉(zhuǎn)矩的變化規(guī)律。在數(shù)學(xué)的建模過程中，利用FORTRAN語言編制了計(jì)算吊艙推進(jìn)器型值點(diǎn)的程序，然后把計(jì)算值導(dǎo)入FLUENT的前處理器GAMBIT建立了光滑的三維計(jì)算模型。文中給出了吊艙推進(jìn)器表面的壓力分布圖，以及槳盤面處的軸向，徑
2、向和切向的速度分布圖。計(jì)算結(jié)果表明，螺旋槳的推力及轉(zhuǎn)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(gè)軸向和切向速度的高峰區(qū)。關(guān)鍵詞:吊艙推進(jìn)器，CFD，多參考系模型，滑移網(wǎng)格模型，水動(dòng)力性能Abstract:UseCFDmethodandcombinedwithMRFandMovingMeshtechnologytodosomeresearchonthepoddedpropeller’shydrodynamicperformanceintheviscousflowfield.Obtaineditscharacteristiccurveandtheregula
3、rityoftheforceandmomentinX,Y,Zdirections.ThenodesofpoddedpropellerwerecalculatedbyFORTRANprogram,whichwerefittedthroughNUMBSmethodinGAMBITsoastoestablishthecalculatingmodel.Thispapershowedthepressuredistributionontheblades,andtheaxial,radialandtangentialvelocityonthesurfaceoftheblade.Theresult
4、sshowedthattheforceandmomentofthepoddedpropellervibratesperiodically,andthereisahighaxialandtangentialvelocityzonebeforethepod.KeyWords:poddedpropeller,CFD,MRF,MovingMesh,hydrodynamicperformance1引言吊艙式推進(jìn)器是近年來發(fā)展起來的一種新型的船舶推進(jìn)系統(tǒng)，是目前船舶推進(jìn)系統(tǒng)研究開發(fā)領(lǐng)域引人矚目的焦點(diǎn)。POD推進(jìn)器主要由支架、吊艙和螺旋槳等部件構(gòu)成。其中，吊艙通過支架懸掛在船體下面，艙體內(nèi)置電機(jī)
5、直接驅(qū)動(dòng)艙體前端和（或）后端的螺旋槳。其設(shè)計(jì)思想的革命性在于，它把螺旋槳驅(qū)動(dòng)電機(jī)置于一個(gè)能360o回轉(zhuǎn)的吊艙內(nèi)，懸掛在船下，集推進(jìn)裝置和操舵裝置于一體，省去了通常所使用的推進(jìn)器軸系和舵。POD推進(jìn)器將推進(jìn)系統(tǒng)置于船外，可以節(jié)省船體內(nèi)大量的空間，從而極大地增加了船舶設(shè)計(jì)、建造和使用的靈活性。目前國內(nèi)在吊艙推進(jìn)器方面主要關(guān)注其水動(dòng)力性能，目前研究水動(dòng)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(shè)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(shí)不考慮流體分離。粘性流方法相對(duì)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(shí)流動(dòng)。鑒于此文章用選擇CFD
6、方法來計(jì)算吊艙推進(jìn)器的水動(dòng)力性能。2CFD方法的基本理論2.1多參考系模型（MRF）的基本理論MRF模型是旋轉(zhuǎn)單元體的穩(wěn)態(tài)近似。它求解出來的流場是一個(gè)充分發(fā)展的流場，這個(gè)流場再以一定的速度運(yùn)動(dòng)就可以得到實(shí)際的流場，多參考系模型方法是近似的，當(dāng)螺旋槳和艙體之間相互作用相對(duì)較弱時(shí)可以使用MRF模型求解吊艙推進(jìn)器的定常水動(dòng)力性能。2.1.1連續(xù)性方程旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)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(shí)間，是速度矢量。此式是瞬態(tài)三維可壓流體的質(zhì)量守恒方程。若流體不可壓，或者密度為常數(shù)。則其散度形式為2.1.2相對(duì)速度公式在MRF方法中計(jì)算區(qū)域分為不同的子域，每個(gè)子
7、域的控制方程是關(guān)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(kuò)散項(xiàng)和其他項(xiàng)需要鄰近子域的速度值，使用相對(duì)速度公式，每個(gè)子域的速度相對(duì)于子域的運(yùn)動(dòng)計(jì)算。速度和速度梯度從移動(dòng)參考系如下描述的轉(zhuǎn)換到絕對(duì)慣性系。計(jì)算區(qū)域旋轉(zhuǎn)軸的初始位置的位置向量定義為：（3）圖1相對(duì)速度坐標(biāo)系這里的是笛卡兒坐標(biāo)的位置向量，是計(jì)算區(qū)域旋轉(zhuǎn)軸的初始位置。移動(dòng)參考系的相對(duì)速度可以通過以下方程轉(zhuǎn)換為絕對(duì)（靜止）參考系的值：（4）這里的速度是絕對(duì)慣性參考系的速度，是相對(duì)非慣性參考系的速度值，
