基于滑移网格与RNGκ-ε湍流模型的桨舵干扰性能研究.pdf

第15卷第7期
船舶力学
Vol15 No.7
2011年7月
Journal of Ship Mechanics
Jul. 2011
文章绵号:1007-7294(2011)07-0715-07
基于滑移网格与RNGーE湍流模型的
桨舵干扰性能硏究
王超,黄胜,常欣,郭春雨
(哈尔滨工程大学船舶工程学院,哈尔滨150001)
摘要:结合RNGk-ー湍流模型,运用滑移网格技术对粘性流场中桨舵相互干扰引起的三维非定常湍流进行了
计算,得到了随进速系数的变化,桨舵之间相互干扰性能的变化规律;同时获得了桨舵干扰性能随桨舵之间的距
离的改变而相应的变化规律。文中给出了桨舵于扰水动力性能的计算结果,并与试验测量值作了比较。从対计
算结果的分析可知,利用滑移网格技术及RNGk-ε湍流模型,可以较好地模拟桨舵干扰的水动力性能问题。同
时文中分析了桨舵表面压强分布规律以及舵的存在对螺旋桨尾流场的影响。
关词;:螺旋桨;水动力性能;湍流模型;粘性流场;滑移网格技术
中图分类号:U661.31
文献标识码:A
Research on the hydrodynamics performance of propeller-rudder
interaction based on sliding mesh and RNG k-e model
WANG Chao, HUANG Sheng, CHANG Xin, GUO Chun-yu
(College of Shipbuiding Engineering, Harbin Engineering University, Harbin 150001, China)
Abstract: The sliding mesh technique and RNG k- turbulence model were used to calculate the hydro
dynamic performance of propeller-rudder interaction in the viscous flow region. The changing law of pro
peller-rudder interaction followed with the change of advance coefficient and the distance between the
propeller and the
ne rudder was calculated. The computed result of hydrodynamics performance of propeller-rud
der interaction was given in this paper, which was also compared with the experimental data. Based on the
comparisons, it shows that the sliding mesh technique and RNG k- turbulent model can be used to predict
the hydrodynamic performance of propeller-rudder interaction. At the same time, the pressure distribution
of propeller and rubber and the change of propeller wake field because of rubber existing were analyzed
Key words: propeller; hydrodynamic performance; turbulent model; viscous flow; sliding mesh technique
1引言
由于螺旋桨和舵都布置在船后,而且相互比较接近,因此存在着相互干扰,由于这种干扰,作用在
螺旋桨上的水动力不仅与其本身的要素、船体要素有关,而且与其后方的舵也有密切的关系。同时,由
于舵工作在螺旋桨的尾流中,作用在其上的水动力性能也与敞水舵的情形不同叫。积极利用桨舵的有利
收稿日期:2010-09-02
基金项目:博土点基金(20102304120026);中央高校基本科研业务费专项资金资助( HEUCH110106)
作者简介:王超(1981-),男,讲师,博士后,研究方向:船舶推进与节能技术;
黄胜(1945-),男,教授,博土生导师。
万方数据
716
船舶力学
第15卷第7期
干扰可以提高推进效率,从操纵性和耐波性的观点看,螺旋桨尾流对于利用舵控制航向和减摇都有较
大的影响。因此,桨舵的相互千扰研究有十分重要的意义。
由于流体机械中的螺旋桨与舵之间存在相对运动,使得它们之间在运动中存在动静干扰的问题,使
其内部流动呈现为非定常的湍流特征。文中利用滑移网格技术在螺旋桨与固定舵之间引入交互界面,
并利用三维 Navier- Stockes方程结合RNGk-湍流模型,计算并分析了桨舵干扰的水动力性能问题。
2控制方程与湍流模型
21控制方程
螺旋桨是在流场中作旋转运动,在绝对静止坐标系下,由于螺旋桨与舵之间的相互干扰作用,在
计算时整个流场应是非定常的。RANS方程是粘性流体运动学和动力学的普适性控制方程,所以本文
以之为求解桨一舵干扰水动力性能计算的基本方程,其形式如下
a(ui)+p"ar dx
P.0
a.t?zc3oar
-P2141+n
式中:,为速度分量时均值(i,j=1,2,3),P为压力时均值;p为流体密度;h为流体粘性系数;∫为
单位质量的质量力;944为雷诺应力项。
2.2湍流模型的选取
就目前湍流研究进展来看,湍流的内在机理还没有真正被人们所了解,迄今尚未认定一种解决湍
流问题的最佳方法,而且目前关于螺旋桨及舵粘性绕流场数值计算方面的可供参考文献较少明。与标
准k-8湍流模型相比,RNGk-湍流模型通过修正湍流粘度,考虑了平均流动中的旋转及旋流流动情
况,因而可以较好地用来处理螺旋桨的旋转运动问题。
RNGk-B湍流模型的基本方程如下
cpk+ d(pu, k J=2 pk
au, a pem ok
v,.a)+G、-pe
dpe
kou
+(PU;&)
x, Pd, dx.r。x
C。-Cn)G-Ca2P
式中:Cn=14,C=18,C=-1+2C0-1-1)+(-1/v6cnlc,-!my?,m=sa,
1+6m
v2S.5,n6-428,-0,015,C=003
3滑移网格技术
交界面
滑移网格模型可使在交界面两侧的网格相互滑动,而
交界区城1
单
不要求交界面两侧的网格结点相互重合。但要计算交界面
两侧的通量,并使其相等。为了计算交界面的通量,首先在I
E
元
每一新的时间步确定出交界面两边交界区的重合面。基本
区
b
上,通过网格重合面的通量,是由交界面两边交界区的重合区
面计算,而不是用整个交界面计算。在非定常流动计算中,城I
在流体机械的旋转部件出口与固定部件进口间形成网格滑
a+交界区域2
移的交界面,如图1所示。当转子和定子的交互作用应用实
时解法(而不是时均解法)时,必