船用螺旋桨理论及其应用研究进展

论述了船用螺旋桨理论设计与计算研究的进展；讨论了升力面理论方法中尾涡模式函数，面元法中的随边库塔条件的数值处理，以及纳维-斯托克斯方程方法中流域计算匹配的数值方法；给出了相关理论方法在螺旋桨水动力性能黏性修正、翼剖面二相流水动力计算和新型螺旋桨叶剖面设计开发研究中的应用实例．应用计算表明，所提供的数值方法是有效的．有关螺旋桨水动力性能的黏性修正、叶剖面二相流计算和桨叶叶剖面设计等方法，对于工程应用具有参考价值．     

螺旋桨非定常性能计算的升力面方法

本文利用非定常数值升力面方法计算了运转于非均匀流场中的螺旋桨性能,该方法建立在作者提出的新的定常螺旋桨尾涡模型的基础上,在用圆锥螺旋面模拟的过渡区尾涡片中,加入了泄出涡以反映非定常特性.数值计算的升力面方法采用离散的涡、源奇点系,并编制了相应的非定常性能计算的计算机程序.最后,对14届ITTC 螺旋桨委员会提供的实例以及其他例子作了比较计算,结果表明,本法是可行的.     

螺旋桨前置导管的理论研究

本文从理论上讨论了不对称前置导管形状的决定方法,并通过数值计算结果讨论了前置导管与螺旋桨间的距离、导管剖面弦线攻角和拱度等对水动力性能的影响,得出了一些具有实际意义的结论。     

计入粘性影响的螺旋桨性能计算

应用非线性定常力面理论计算螺旋桨水动力性能，引入准三维高阶近似Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程，辅以二模式湍流方程以及差分数值方法计算浆叶边界层，通过迭代匹配计算考虑粘性对螺旋桨性能的影响，计算实例表明，理论计算结果同模型试验相应结果符合良好。     

导管螺旋桨定常性能理论计算

建立了计算导管螺旋桨在均流中的定常水动力性能的数值方法，螺肇桨用涡格法，导管用面元法分别计算，两者的相互影响则通过迭代计算加以考虑，为了减少计量量，螺旋桨对导管的诱导速率周向平均值，从而使导管周围的非定常流动简化为定常对称流动，应用本法地ＪＤ简易导管桨系列进行了计算，数值结果试验数据吻合良好。     

瞬变工况下螺旋桨性能

用非定常非线性涡格法计算螺旋桨尾流场预估非定常性能，并进一步计算了瞬变工况下螺钉性能，对ＤＴＮＳＲＤＣ４３８１和４３８３桨的尾流场进行了校核计算，取得了理想的结果；对ＩＴＴＣ建议的轴承力校核计算的螺旋桨，在给定的伴流场条件下计算其非定常性能，与试验结果和其他的理论方法比较，结果令人满意，最后计算了ＤＴＮＳＲＤＣ４１１８桨在变工况下性能变化过程，显示了该方法用于螺肇钉性能预估的前景。     

螺旋桨粘流水动力特性数值模拟

采用人工伪压缩方法对常规螺旋桨粘流问题进行了数值模拟,获得了螺旋桨推力系数、扭矩系数等水动力性能参数.以DTMBP4119螺旋桨为例,对其计算结果的网格依赖性和湍流模型的适应性问题进行了数值分析.与试验结果对比,计算结果吻合度好,表明数值方法正确,程序准确、可靠,能够对常规螺旋桨进行有效地理论研究、数值预报.     

基于CFD的螺旋桨桨叶折断水动力性能分析

基于CFD方法,对螺旋桨桨叶在不同位置折断时的水动力性能进行数值模拟。首先把CFD数值模拟结果与螺旋桨敞水试验结果进行比较,两者结果吻合良好;其次,对螺旋桨某一桨叶在不同半径处折断时的水动力进行计算,并对计算结果进行了回归;最后,对螺旋桨所有桨叶在同一半径处折断时的水动力进行数值模拟,对结果进行了回归分析。数值模拟结果与试验值吻合,回归结果可用于指导船舶的船-机-桨匹配工程实践。     

带制流板舵在螺旋桨尾流中的水动力性能

提出了一种计算带制流板舵在螺旋桨尾流中水动力性能的方法，舵的水动力及周围流场用面元法计算，螺旋桨性能及尾流场通过无限叶数的简易螺旋桨理论来预估，而舵上下制流板的影响则应用升力面的涡格法来计算，舵、制流板、螺旋桨的干扰作用以迭代方法求得，由于采用了面元法，舵的水动力性能及表面压力分布的计算更为精确，文中不对带制流板舵的操纵性能进行计算和研讨，计算结果与实验值比较，吻合程度良好。     

螺旋桨自身参数对空泡性能的影响分析

为了研究盘面比、纵倾、螺距比与侧斜对于螺旋桨空泡性能的影响，采用粘性计算流体力学方法开展了系列的数值计算分析．采用结构化网格方案，并将桨叶表面以及桨毂表面的网格进行加密．通过把4种湍流模型的计算结果与实验值对比，选择出合理的湍流模型．而后通过调整参数输入，分别改变盘面比、纵倾、侧斜和螺距比，比较螺旋桨表面空泡分布的相应变化，从而得出一些有价值的结论，为螺旋桨理论设计中参数的初步选择提供依据．     

单桨船尾部伴流场参数与螺旋桨激励引起船体梁振动响应预报

根据单桨船模型伴流场试验资料及实船振动响应测量数据．采用回归分析方法， 获得尾部伴流场某些特征参数、螺旋桨诱导的叶频激励引起船体梁尾端加速度预报公 式。     

倒车时螺旋桨横向力计算方法

介绍了关于倒车螺旋桨横向力计算的问题.通过对倒车螺旋桨状态的分析,提出一种螺旋桨横向力计算的理论方法.类比进车时排出流对舵影响的方法,推导出倒车排出流的计算公式,同时对斜流横向力的系数进行了修正.依据理论分析,分别对不同的船型进行仿真研究,最后以实船进行验证.仿真结果表明,计算方法是合理有效的.     

对转桨整体定常面元法

从对转桨(Contra-Rotating Propeller,CRP)几何特点和面元法基本求解公式出发,提出了一种将对转桨的前、后桨作为整体求解的定常面元法.运用此整体面元法计算了美国泰勒水池2组对转桨的敞水性能,同时与试验结果和迭代面元法计算结果进行了对比.对比结果表明,整体定常面元法的计算精度与迭代面元法的计算精度相当,但整体面元法的计算时间约为迭代面元法计算时间的1/2,且整体定常面元法避免了前、后桨迭代的步骤,为对转桨优化设计以及混合式CRP推进系统的设计分析提供了高效的数值手段,且分析了整体定常面元法的计算误差.     

一种对船桨干扰问题的黏势流耦合求解方法

基于黏性流计算流体力学(CFD)及势流理论,建立了一种黏流雷诺平均方程/面元法耦合迭代求解方法,对船桨相互作用问题进行了数值模拟.自由面的船体绕流场模拟应用CFD黏流方法,螺旋桨水动力载荷计算采用势流面元法.在黏性流场模拟中得到桨盘面处的总速度分布,减去螺旋桨诱导速度得到实效伴流速度并作为势流计算速度进口条件,螺旋桨效应以体积力的形式在黏性流场中体现.计算值与试验值的对比结果表明,黏势流耦合迭代求解方法能较好地预报船桨干扰问题,且较全域船桨离散化网格CFD求解船桨干扰的方法,计算量大为减少.该方法充分融合了黏势流方法的优点,既能计及黏性效应又能发挥势流快速准确的优势,能够拓展应用于船体及螺旋桨性能预报及设计优化的研究.     

螺旋桨吸气及其水动力性能

本文选择一组几何相似桨模和一组直径相同桨模进行了近自由液面下变沉深、变转速的敞水试验.在分析试验结果的基础上,提出了螺旋桨吸气试验的相似准则,提供了判断发生局部吸气和全吸气的近似公式,以及吸气后螺旋桨水动力性能的近似估算方法,并探讨了吸气情况下螺旋桨轴承力的脉动.     

装配式高效轴流搅拌桨的结构设计

混合设备大多是非标准设备,其结构形式极其多样。作为混合设备中最重要的部件,搅拌桨的设计也是有很多方法,我们将采用仿船用螺旋桨的方法,在整体式搅拌桨设计方法的基础上,根据设计要求及加工设备的具体情况,设计装配式高效轴流搅拌桨。详细分析装配式搅拌桨与整体式搅拌桨各自的特点,结构形状等,阐述了装配式高效轴流搅拌桨的设计思路,本文也简要介绍了搅拌桨装配。