一种基于熵产分析的螺旋桨毂帽鳍优化设计方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113987688A(43)申请公布日2022.01.28(21)申请号202111324091.0(22)申请日2021.11.10(71)申请人昆明学院地址650214云南省昆明市浦新路2号(72)发明人宋科(74)专利代理机构昆明明润知识产权代理事务所(普通合伙)53215代理人张云(51)Int.Cl.G06F30/15(2020.01)G06F30/28(2020.01)G06F111/04(2020.01)权利要求书2页说明书4页附图1页(54)发明名称一种基于熵产分析的螺旋桨毂帽鳍优化设计方法(57)摘要本发明涉及一种基于熵产分析的螺旋桨毂帽鳍优化设计方法，属于螺旋桨毂帽鳍技术领域。确定螺旋桨需要进行优化设计的工况，确定的基本参数主要为螺旋桨的进速系数J和螺旋桨直径D；以该螺旋桨设计毂帽鳍，对该毂帽鳍叶片直径d、毂帽鳍的叶片安装角度α给出约束范围；对螺旋桨和选取在参数约束范围内的带毂帽鳍的螺旋桨分别进行三维建模；将得到的螺旋桨和在参数约束范围内的带毂帽鳍的螺旋桨三维模型分别导入到流体动力学计算模中进行仿真计算；熵产分析，根据熵产的优化目标值确定是否达到设计目标；若未达到设计目标，则调整设计参数；重复上述过程优化直至达到设计目标。本发明从熵产的角度填补了毂帽鳍优化设计方法的技术空白。CN113987688ACN113987688A权利要求书1/2页1.一种基于熵产分析的螺旋桨毂帽鳍优化设计方法，其特征在于具体步骤包括：步骤1、基本参数确定：确定螺旋桨需要进行优化设计的工况，确定的基本参数主要为螺旋桨的进速系数J和螺旋桨直径D；以该螺旋桨设计毂帽鳍，对该毂帽鳍叶片直径d、毂帽鳍的叶片安装角度α给出约束范围，约束范围为：0.2D≤d≤0.4D；20°≤α≤60°；毂帽鳍的叶片数与螺旋桨叶片数保持一致；步骤2、三维建模：对步骤1的螺旋桨和选取在参数约束范围内的带毂帽鳍的螺旋桨分别进行三维建模；步骤3、流体动力学仿真：将步骤2得到的螺旋桨和在参数约束范围内的带毂帽鳍的螺旋桨三维模型分别导入到流体动力学计算软件中进行仿真计算，分别得到两者流场信息；步骤4、熵产分析：将步骤3得到的两者流场信息仿真结果，分别采用公式(1)得到黏性耗散熵产分布率和公式(2)得到湍流耗散熵产分布率，公式(1)和公式(2)在整个流体计算域进行体积可以得到公式(3)的黏性耗散熵产和公式(4)的湍流耗散熵产；黏性耗散熵产和湍流耗散熵产二者相加可以得到公式(5)的总熵产；黏性耗散熵产分布率为：湍流耗散熵产分布率为：黏性耗散熵产为：湍流耗散熵产为：整个流体计算域的总熵产为黏性耗散熵产与湍流耗散熵产之和：SD＝SDV+SDT(5)其中为平均速度在x、y、z方向上的分量，通过步骤3流体动力学仿真软件所获得；T为温度；μ为流体动力黏度；β＝0.09；ω为湍动能耗散率，k为湍流强度；ρ为流体密度；步骤5：执行优化：以螺旋桨通过步骤4计算得到的总熵为基础总熵，选取在参数约束范围内的带毂帽鳍的螺旋桨通过步骤4计算得到的总熵小于基础总熵70％为优化目标：若在参数约束范围内的带毂帽鳍的螺旋桨总熵小于基础总熵70％，该选取毂帽鳍的叶片直径d、毂帽鳍的叶片安装角度α为优化值，流程结束；若在参数约束范围内的带毂帽鳍的螺旋桨总熵大于或等于基础总熵70％，重新调整毂帽鳍的叶片直径d、毂帽鳍的叶片安装角度α的选值，返回到步骤2直至获得毂帽鳍的叶片直径d、毂帽鳍的叶片安装角度α的优化值。2.根据权利要求1所述的基于熵产分析的螺旋桨毂帽鳍优化设计方法，其特征在于：所2CN113987688A权利要求书2/2页述步骤3的流体动力学仿真软件是采用任意的计算流体动力学商用模块或自编程序计算。3CN113987688A说明书1/4页一种基于熵产分析的螺旋桨毂帽鳍优化设计方法技术领域[0001]本发明涉及一种基于熵产分析的螺旋桨毂帽鳍优化设计方法，属于螺旋桨毂帽鳍技术领域。背景技术[0002]船用螺旋桨在水中高速旋转时在其桨毂的后方会产生很强的涡和空泡，这种涡和空泡会降低螺旋桨的推进效率、增大输出能耗。针对这种涡和空泡现象，在桨毂上装上具有一定角度和形状的毂帽鳍能降低桨毂后端涡和空泡的影响，使整个螺旋桨的能耗减少，增大推进效。目前，为了设计与螺旋桨相匹配的毂帽鳍，经常需要利用水池模型试验的手段来获取相关的数据。然而，模型试验所获取的数据虽然接近真实情况，但水池试验耗时耗力且也没有办法对后续的毂帽鳍进行优化改进。为了更快地获取与螺旋桨相匹配的毂帽鳍设计参数，本发明从熵产理论分析的角度出发，提出一种毂帽鳍的优化设计方法。发明内容[0003]针对上述现有技术存在的问题及不足，本发明提供一种基于熵产分析的螺旋桨毂帽鳍优化设计方法。