為指導輪緣推進器（RDT）水動力學設(shè)計,借助CFD方法,對RDT各主要幾何特征對其水動力性能影響開展研究。首先,驗證CFD數(shù)值方法分析RDT水動力特性的有效性;然后,基于CFD研究RDT水動力性能的各主要影響因素,主要包括導管的長徑比、擴散比、導管收縮比和槳葉梢徑比。結(jié)果表明:RDT最佳長徑比隨載荷系數(shù)遞增,并趨于一極限值,相比于導管擴散比和收縮比,導管長徑比因素更能主導RDT的設(shè)計優(yōu)化;RDT最佳擴散比隨載荷系數(shù)遞減,并趨于一極限值,最佳擴散比隨長徑比遞減;RDT的收縮比對水動力性能影響不及擴散比和長徑比顯著,最佳收縮比隨載荷系數(shù)呈線性遞增,隨長徑比遞減;RDT的最佳梢徑比隨載荷系數(shù)遞增,無轂RDT比有轂RDT具有更小的最優(yōu)梢徑比。研究結(jié)果可為輪緣推進器的水動力學設(shè)計和優(yōu)化提供參考。 

【文章來源】：船舶工程. 2020,42(07)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

導管螺旋槳和輪緣推進器三維模型

網(wǎng)格劃分采用混合結(jié)構(gòu)模式。對于轉(zhuǎn)子域，采用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分，以提高槳區(qū)流場的精度；對于靜止域，采用非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格劃分；對近壁面處進行邊界層網(wǎng)格加密。以y+=3設(shè)定底層邊界層高度，邊界層總層數(shù)為6層。網(wǎng)格劃分見圖2�？紤]到敞水流動具有周期性，以單通道流域進行水動力性能分析，這樣可大大節(jié)省計算量，又不失準確性。以MRF（多重參考系）方法進行數(shù)值模擬[9-10]，將轉(zhuǎn)子區(qū)劃分為轉(zhuǎn)子域，外區(qū)域為靜止域，靜止域采用為1/4圓柱體形，域間設(shè)置為凍結(jié)轉(zhuǎn)子交界面。遠場距離選取推進器直徑的5倍。設(shè)置速度入口、壓力出口和自由壓力遠場邊界條件，槳葉、槳轂及導管邊界面均設(shè)置為無滑移壁面。

本文借助ANSYS CFX軟件進行流場的數(shù)值模擬。圖3給出了Ka4-7010+19和初型RDT的計算結(jié)果，并與荷蘭實驗室公開的敞水性能的試驗數(shù)據(jù)進行比較[11-12]。從圖3可看出，Ka4-7010+19的CFD計算值與試驗數(shù)據(jù)吻合得很好。兩者推力系數(shù)及扭矩系數(shù)的最大誤差均在4%以內(nèi)，表明本文的數(shù)值計算模型具有有效性。而初型RDT計算結(jié)果與導管槳的試驗及其CFD結(jié)果相比，雖然比較相近，但存在明顯差異：RDT的推力系數(shù)在全進速比范圍內(nèi)略低于導管槳；扭矩系數(shù)在低進速比下略低于導管槳，高進速比下略高于導管槳；效率在低進速比下接近導管槳，高進速比下明顯低于導管槳。這主要是因為RDT沒有輪轂端壁，且輪緣是隨槳一起轉(zhuǎn)動的，導致了軸向誘導速度比導管槳小，推力系數(shù)變小，效率也在高進速比時明顯變小。本文CFD方法有效預示RDT與導管槳的性能既相近又存在差異，捕捉出這種異同，說明用其研究RDT水動力學性能具有適用性。2 RDT水動力學性能影響因素分析

【參考文獻】：
期刊論文
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本文編號：3498817