螺旋槳敞水性能數值仿真與分析

張大朋，嚴 謹，趙博文，朱克強，侯 玲

（1.廣東海洋大學 船舶與海運學院，廣東湛江 524005；2.浙江大學 海洋學院，浙江舟山 316021；3.寧波大學 海運學院，浙江寧波 315211）

0 引言

螺旋槳是船舶的推進裝置，其敞水性能對于船舶的快速性極為重要。螺旋槳模型的敞水試驗不僅能測定和分析螺旋槳的性能，還可配合自航試驗對推進效率的成分進行分析。因此，研究螺旋槳的敞水性能非常重要。由于水池實驗較為繁瑣，若能對螺旋槳進行仿真建模，不僅能大大節省時間，還可提高經濟性能、縮短研制周期。本文以KP505型螺旋槳為計算模型，將計算流體動力學（Computational Fluid Dynamics，CFD）方法與移動參考系法和滑移網格法相結合，建立螺旋槳模型并對其敞水性能和流場特性進行仿真計算和分析。

1 基本方法

目前，處理螺旋槳旋轉問題的常用方法包括移動參考系法和滑移網格法，下面分別對這兩種方法進行簡單介紹。

1.1 移動參考系法

移動參考系法，又稱多重參考系（Multi Reference Framework，MRF）法，該方法適用于網格區域邊界上各點的相對運動基本相同的問題。MRF法中的網格運動是相對于指定參考系定義的，該坐標系可相對于基準坐標系（固定坐標系）靜止、旋轉或平移。考慮恒定速度旋轉和平移的單一移動參考系見圖1。

圖1 單一移動參考系示意圖

P點相對于移動參考系的速度（相對速度）可表達為

式中：為絕對速度，即P點相對固定參考系的速度；為移動參考系的平移速度，即移動參考系的原點相對于固定參考系的速度；為移動參考系相對于固定參考系的角速度；……