船舶機械動力螺旋槳的湍流動力性能分析

摘 要：傳統船舶機械動力螺旋槳的動力性能分析，沒有考慮到動力與湍流的密切性，導致分析量化誤差較大問題。針對以上問題提出船舶機械動力螺旋槳的湍流動力性能分析，構建分析模型，依托分析模型硬件與軟件的搭建，完成螺旋槳動力性能分析模型的構建。通過控制方程的運用，選取湍流參數，實現螺旋槳動力性能分析模型運行。通過試驗分析表明提出的性能分析方法和傳統的分析方法相比，量化準確率提升11.35%，能夠達到實際應用要求值得推廣運用。

關鍵詞：動力性能；機械動力螺旋槳；模型平臺；性能分析

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.14.040

0 引言

傳統的船舶機械動力性能分析可以在特定環境下進行靜態模擬，并且針對螺旋槳的動力性能進行分析。但是在特定環境下沒有考慮到湍流的類型變化與動力的密切關系，導致分析量化誤差較大問題。

1 構建螺旋槳動力性能分析模型

螺旋槳動力性能分析模型的構建，主要由硬件和軟件系統相結合，其中硬件的搭建，其主要目的是給予在多種類湍流中螺旋槳動力數據獲取的保證。

（1）螺旋槳動力性能分析模型硬件結構。螺旋槳動力性能分析模型硬件結構搭建，主要由以下部分組成，螺旋槳動力數據載入；湍流類型數據預處理；綜合數據分析；數據存儲及顯示。

螺旋槳動力數據載入是指，把機械動力螺旋槳的運行參數，和在特定環境下的數據反饋在計算機中輸入，為綜合數據分析處理做基礎。而螺旋槳動力數據載入也有兩種數據區分，第一種及時性數據載入，該數據可以直接反應螺旋槳工作時的狀態，第二種非及時性數據載入，該數據是螺旋槳工作結束的工作狀態總數據。

（2）螺旋槳動力性能分析模型軟件結構。螺旋槳動力性能分析模型軟件系統的搭建，除了依托滑格網絡模型，還需要參考系旋轉網絡模型（MRF）。同時滑格網絡模型的虛擬計算通過系旋轉網絡模型（MRF）時，螺旋槳數據在數據流中的網格暴增，這時軟件計算壓力變大，但系旋轉網絡模型可以用不同的處理速度完成數據處理顯示。可以說滑格網絡模型和系旋轉網絡模型二者相輔相成，缺一不可，依托二者可以會更好的搭建螺旋槳動力性能分析模型軟件系統，完成數據的處理和顯示。

2 實現螺旋槳湍流動力性能的分析

（1）湍流參數的確定。針對當前的湍流研究發展來看，湍流的內在機理變化還沒有得到人們重視，所以導致人們對其理解較差，還沒有找到一種可靠的解決湍流參數選取的最佳方法。

并且就目前來說，螺旋槳的湍流動力性數值計算方面可依靠方法很少。針對這些問題，我們選擇理論相對完善的且廣為使用的RNGk-ε二成方程湍流參數來封閉RANS方程。

把重整化群（RNG）方法引用到湍流分析中，建立一個全新的湍流參數其方程如下：

式中：為速度分量時均值（=1，2，3）；為水壓力時均值；為湍流流體密度；湍流流體積，為湍流流濃度；為重力加速度分量。

通過以上方程計算可以完成為控制方程的運用打下基礎，更好的實現湍流參數的選取。

（2）控制方程的載入。實現螺旋槳動力性能分析模型運行首先我們要運用控制方程進行計算，假設湍流是不可壓的，則流場的連續方程和動量方程分別為：

式中：為速度分量時均值（=1，2，3）；為水壓力時均值；為湍流流體密度；gi為重力加速度分量。

3 實驗分析

為了保證本文提出的船舶機械動力螺旋槳的湍流動力性能分析的有效性，進行仿真試驗分析。試驗過程中，以不同的船舶機械動力螺旋槳的動力性能作為試驗對象，進行動力性能量化準確率仿真試驗。

（1）數據準備。為了螺旋槳動力性能量化準確率仿真試驗過程的準確性，對測試的試驗參數進行設置。其試驗數據設置結果如表1所示。

（2）試驗結果分析。試驗過程中，利用機械動力螺旋槳湍流動力性能分析方法，試驗環境中進行工作，分析動力性能量化準確率的變化。得出試驗結果對比曲線如圖1所示。

根據試驗結果曲線圖顯示，針對兩種螺旋槳動力性能量化準確率進行算術平均值處理，得出提出的船舶機械動力螺旋槳的湍流動力性能分析，比傳統的船舶機械動力螺旋槳的動力性能分析，量化準確率提升11.35%，適合實際工作需求。

4 總結

本文針對傳統船舶機械動力螺旋槳的動力性能分析，無法滿足實際工作需要，提出船舶機械動力螺旋槳的湍流動力性能分析，基于分析模型的構建，已經模型的運行，實現了力學性能的分析，完成了本文的研究，實驗數據表明，其數據分析量化誤差很小，適合實際的工作需求，值得推廣運用。

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作者簡介：劉波（1973-），男，湖北武漢人，碩士研究生，中級講師，研究方向：船舶輪機工程。