基于歐拉方程的實(shí)效伴流計(jì)算.pdf

1、在現(xiàn)在的螺旋槳理論設(shè)計(jì)方法中，船舶伴流場中的螺旋槳性能是用基于勢流理論的方法估算的。然而，當(dāng)用勢流理論分析螺旋槳周圍的流場時(shí)，由流體粘性引起的船體邊界層干擾的作用就被忽略了。為了避免由于勢流假設(shè)引起的不準(zhǔn)確性，螺旋槳設(shè)計(jì)者引入了實(shí)效伴流的概念。所以，實(shí)效伴流是對基于勢流理論的螺旋槳分析方法的修正，它包含了螺旋槳和來流之間的相互影響。 實(shí)效伴流的不均勻性是引起螺旋槳空泡、振動(dòng)的主要原因之一。但由于船后三維伴流場的復(fù)雜性，正確確定三

2、維實(shí)效伴流是十分困難的。因此，實(shí)效伴流的預(yù)估在螺旋槳的設(shè)計(jì)階段具有重要的工程價(jià)值。通常，獲取伴流分?jǐn)?shù)的方法是進(jìn)行專門的模型試驗(yàn)，但是模型試驗(yàn)存在著尺度效應(yīng)、結(jié)果換算誤差以及資金投入大等缺點(diǎn)，使其應(yīng)用受到一定的限制。而理論計(jì)算方法可以彌補(bǔ)上述試驗(yàn)方法的不足，所以，數(shù)值計(jì)算方法在實(shí)效伴流場的計(jì)算中是不可缺少的。 根據(jù)流體力學(xué)基本理論知識(shí)和常用數(shù)值計(jì)算方法，本文基于勢流理論對實(shí)效伴流場進(jìn)行預(yù)報(bào)。選取了不可壓縮無粘流體的歐拉運(yùn)動(dòng)微分方程

3、作為尾流場的控制方程，螺旋槳?jiǎng)t用升力線理論計(jì)算。同時(shí)，為了使計(jì)算結(jié)果更具一般意義，對控制方程進(jìn)行了無量綱化處理，然后給出了求解方程所需的邊界條件。 鑒于歐拉方程求解方法中存在的速度和壓力耦合問題這一計(jì)算難點(diǎn)，本文采用SIMPLE算法進(jìn)行求解，在交錯(cuò)網(wǎng)格系統(tǒng)中對歐拉方程采用有限體積法離散，將螺旋槳用體積力代替，計(jì)入動(dòng)量方程的源項(xiàng)中以考慮螺旋槳對流場的影響。螺旋槳的誘導(dǎo)速度和載荷用升力線理論計(jì)算，并與流場求解程序相互迭代，計(jì)算收斂時(shí)