基于CFD法预报组合螺旋桨的水动力特性

王声森 刘益平 张丁标 兰艳肖 张迪

摘要：螺旋桨是船舶的主要推进装置，船舶的推进效率、燃料的消耗和排放量是设计的重要指标。随着计算机性能的提高，有限元法作为计算和评估螺旋桨水动力性能的有效方法，能有效的模拟螺旋桨的运行状况，并获得模拟数据。本文基于CFD数值模拟法对螺旋桨进行有限元计算，比较在不同进度系数下，不同湍流模型对螺旋桨水动力性能的影响;研究螺旋桨的桨叶压力及流场的变化趋势;揭示单桨、对转桨和串列桨的运行特性及敞水性能，为后续研究提供理论基础。

关键词：数值模拟;组合螺旋桨;CFD

中图分类号：U664.33

文献标识码：A

1 前言

随着船舶行业的快速发展，螺旋桨的空泡、振动和噪声等问题制约了螺旋桨的发展，提高单桨的效率也出现了瓶颈，为此国内外学者将目标转移到组合螺旋桨的设计和研究[1]。组合螺旋桨的出现，不仅提高了推进效率，而且有效的改善了空泡和振动的发生。因此，越来越多的学者致力于组合螺旋桨的研究，包括串列螺旋桨、对转螺旋桨等。其中，对转螺旋桨安装在旋转方向相反的两个轴上，而串列螺旋桨在同一轴上装有前后两个旋向相同的螺旋桨。组合螺旋桨能加大桨叶面积，减小单位面积的载荷，且后桨能有效的回收前桨的涡流动能，从而提高效率、避免或减轻空化与振动的发生[2-3]。

对传统螺旋桨的研究方法主要是依靠模型实验和理论计算，实验周期长、成本高。……