螺旋桨梢涡空化数值模拟及其精度的影响因素研究

【作者】 张彬； 张志荣；

【机构】 中国船舶科学研究中心；

【摘要】 梢涡空化通常是舰船螺旋桨上最早出现的空化类型,严重影响舰船振动噪声性能因此梢涡空化预报一直是学术界和工程界的研究热点,然而目前很难通过数值方法对其进行确预报。本文以INSEAN E779A螺旋桨模型为研究对象,基于开源CFD软件OpenFOAM,使用RANS方法对螺旋桨梢涡空化精细数值模拟方法进行了研究。本文从螺旋桨梢涡数值模拟入手,结合固定区域的网格加密方法和基于涡判别的网格加方法,建立起适用于螺旋桨梢涡数值模拟的网格策略,对梢涡所处的网格进行精细加密,在算量相对较低的条件下,模拟出了较高精度的梢涡流场。接着开展了梢涡空化数值模拟,研究网格分辨率、空化模型以及湍流模型对计算结果的响。结果显示:对梢涡所处网格进行针对性加密后能够模拟出与试验较为吻合的梢涡空化形态分别使用Schnerr-Sauer、Kunz以及Zwart空化模型的计算结果差异很小,而分别使用k-ωSST k-ωSSTSAS、RNG k-ε以及ShihQuadratic k-ε湍流模型的计算结果差异较大;由于模拟结果梢涡区域的湍流粘性较小,使用RNG k-ε湍流模型模拟出的梢涡空化形态更符合试验结果。据上述发现,提出了一种新的湍流粘性修正方法,改善了梢涡空化的模拟结果。研究指明了提高梢涡空化数值模拟精度的方向,为梢涡空化的精确预报奠定了基础,具一定的工程意义和应用价值。更多还原