螺旋桨_船体粘性流场的整体数值求解.pdf

第8卷第5期船舶力学VoI.8No.5
2004年10月JoulnaIofShipMechanicsOct.2004

文章编号!1007-7294"2004#05-0019-08
螺旋桨!船体粘性流场的整体数值求解

张志荣!李百齐!赵峰
(中国船舶科学研究中心9江苏无锡214082)

摘要!螺旋桨和船体是相互作用的9孤立地对螺旋桨或船体流场进行数值模拟均无法有效地对它们的相互影响
进行研究0本文采用周向平均的混合面处理方法9实现了螺旋桨/船体流场的整体计算9计算结果和试验数据进
行了比较9表明该方法能很好地模拟螺旋桨和船体之间的相互影响9从而揭示了真实螺旋桨和船体之间相互干
扰的内在规律0本文研究结果为研究螺旋桨和船体相互影响提供了更加精确和实用的研究手段0
关键词!计算流体力学9水面船9螺旋桨9桨/船干扰9整体计算方法
中图分类号!U661.2文献标识码!A

IntegralcalculationofViscousflowaround
shiphullwithpropeller

ZHANCZhi-rong,LIBai-gi,ZHAoFeng
(ChinaShipScientificResealchCentel,wuxi214082,China)

Abstract!ItismostimpoltantfolshipandplopeIIeldesignelstohaveagoodundelstandingoftheintel!
actionbetweenthehuIIandtheplopeIIel.Inthispapel,CFD(ComputationaIFIuidDynamic)methodwas
usedtopledictfIowfieIdsaloundshipwithplopeIIel.UsingaMixingPIaneMethod,theleaIplopeIIelge!

ometlyisconsideledinthecomputation.thecaIcuIatedKTandK0aleingoodagleementwithtestlesuIts.
thepledictedwakebehindplopeIIelaIsoshowsfavolabIeagleementwithmeasuledone.themethoddeveI!
opedinthispapelwiIIbeaplacticaItooIfolstudyingplopeIIel/huIIintelaction.
Keywords:CFD;sulfaceship;plopeIIel;plopeIIel/huIIintelaction;integlaIcaIcuIationmethod

1引言

船舶在水面上保持一定航速航行9必须供给它一定的推力以克服船体的阻力9螺旋桨是目前使用
最广泛的船舶推进器0螺旋桨粘性流场和水动力性能以及它与船体的相互作用一直是船舶研究和设
计人员非常关心的问题0
数值方法是研究螺旋桨水动力性能不可或缺的工具9在过去很长一段时间中9它一直是基于不考
虑粘性作用的势流理论方法0随着粘流中解RANS方程的计算流体力学的发展9船舶推进器的CFD
方法近二十年来也有了很大的进步9从早期的三维边界层方法到上一世纪80年代求解简化的螺旋桨
模型的RANS方法9至上世纪90年代人们已可以对均匀来流中的螺旋桨的真实几何形状进行CFD
计算[1-3]0
螺旋桨一般安装在船舶的尾部9螺旋桨和船体的相互作用是至关重要的0这种相互作用主要包括

收稿日期2004-06-03
作者简介张志荣(1966-)9男9中国船舶科学研究中心高级工程师0
20船舶力学第8卷第5期

以下两个方面!螺旋桨为了产生推力"必须使船尾部分流体加速"船尾流体的这种加速导致了尾部压
力分布的改变"从而影响船体阻力和船舶尾部边界层厚度以及边界层内速度分布#螺旋桨作用于船体
引起边界层变化"反过来也影响了螺旋桨的进流条件"使螺旋桨水动力性能发生改变"同时可能产生
空泡$噪声$激振等物理现象%
由于有上述螺旋桨和船体的相互作用"带螺旋桨的船舶尾部流动非常复杂%目前主要有两种途径
来研究这种相互作用!模型试验和数值计算%过去模型试验研究主要是进行船模的自航试验以及标称
伴流场的测试"试验结果能给出相互影响的一些平均量"如衡量桨盘面处速度和船模速度差别大小的
伴流分数$螺旋桨引起的船体阻力变化的推力减额等等%当前"试验测试技术的突飞猛进"也为螺旋桨
与船体相互影响的研究提供了先进的测试手段%LDV$PIV技术的发展"可以对流动进行非接触测量"
借助于这些试验技术"对螺旋桨和船体相互作用机理的了解大大地得到了改进"这些知识有助于改进
船型和推进器的设计%用数值方法研究螺旋桨与船体相互影响也