為指導(dǎo)輪緣推進(jìn)器（RDT）水動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì),借助CFD方法,對(duì)RDT各主要幾何特征對(duì)其水動(dòng)力性能影響開(kāi)展研究。首先,驗(yàn)證CFD數(shù)值方法分析RDT水動(dòng)力特性的有效性;然后,基于CFD研究RDT水動(dòng)力性能的各主要影響因素,主要包括導(dǎo)管的長(zhǎng)徑比、擴(kuò)散比、導(dǎo)管收縮比和槳葉梢徑比。結(jié)果表明:RDT最佳長(zhǎng)徑比隨載荷系數(shù)遞增,并趨于一極限值,相比于導(dǎo)管擴(kuò)散比和收縮比,導(dǎo)管長(zhǎng)徑比因素更能主導(dǎo)RDT的設(shè)計(jì)優(yōu)化;RDT最佳擴(kuò)散比隨載荷系數(shù)遞減,并趨于一極限值,最佳擴(kuò)散比隨長(zhǎng)徑比遞減;RDT的收縮比對(duì)水動(dòng)力性能影響不及擴(kuò)散比和長(zhǎng)徑比顯著,最佳收縮比隨載荷系數(shù)呈線(xiàn)性遞增,隨長(zhǎng)徑比遞減;RDT的最佳梢徑比隨載荷系數(shù)遞增,無(wú)轂RDT比有轂RDT具有更小的最優(yōu)梢徑比。研究結(jié)果可為輪緣推進(jìn)器的水動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供參考。 

【文章來(lái)源】：船舶工程. 2020,42(07)北大核心CSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：6 頁(yè)

【部分圖文】：

導(dǎo)管螺旋槳和輪緣推進(jìn)器三維模型

網(wǎng)格劃分采用混合結(jié)構(gòu)模式。對(duì)于轉(zhuǎn)子域，采用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分，以提高槳區(qū)流場(chǎng)的精度；對(duì)于靜止域，采用非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格劃分；對(duì)近壁面處進(jìn)行邊界層網(wǎng)格加密。以y+=3設(shè)定底層邊界層高度，邊界層總層數(shù)為6層。網(wǎng)格劃分見(jiàn)圖2�？紤]到敞水流動(dòng)具有周期性，以單通道流域進(jìn)行水動(dòng)力性能分析，這樣可大大節(jié)省計(jì)算量，又不失準(zhǔn)確性。以MRF（多重參考系）方法進(jìn)行數(shù)值模擬[9-10]，將轉(zhuǎn)子區(qū)劃分為轉(zhuǎn)子域，外區(qū)域?yàn)殪o止域，靜止域采用為1/4圓柱體形，域間設(shè)置為凍結(jié)轉(zhuǎn)子交界面。遠(yuǎn)場(chǎng)距離選取推進(jìn)器直徑的5倍。設(shè)置速度入口、壓力出口和自由壓力遠(yuǎn)場(chǎng)邊界條件，槳葉、槳轂及導(dǎo)管邊界面均設(shè)置為無(wú)滑移壁面。

本文借助ANSYS CFX軟件進(jìn)行流場(chǎng)的數(shù)值模擬。圖3給出了Ka4-7010+19和初型RDT的計(jì)算結(jié)果，并與荷蘭實(shí)驗(yàn)室公開(kāi)的敞水性能的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較[11-12]。從圖3可看出，Ka4-7010+19的CFD計(jì)算值與試驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合得很好。兩者推力系數(shù)及扭矩系數(shù)的最大誤差均在4%以?xún)?nèi)，表明本文的數(shù)值計(jì)算模型具有有效性。而初型RDT計(jì)算結(jié)果與導(dǎo)管槳的試驗(yàn)及其CFD結(jié)果相比，雖然比較相近，但存在明顯差異：RDT的推力系數(shù)在全進(jìn)速比范圍內(nèi)略低于導(dǎo)管槳；扭矩系數(shù)在低進(jìn)速比下略低于導(dǎo)管槳，高進(jìn)速比下略高于導(dǎo)管槳；效率在低進(jìn)速比下接近導(dǎo)管槳，高進(jìn)速比下明顯低于導(dǎo)管槳。這主要是因?yàn)镽DT沒(méi)有輪轂端壁，且輪緣是隨槳一起轉(zhuǎn)動(dòng)的，導(dǎo)致了軸向誘導(dǎo)速度比導(dǎo)管槳小，推力系數(shù)變小，效率也在高進(jìn)速比時(shí)明顯變小。本文CFD方法有效預(yù)示RDT與導(dǎo)管槳的性能既相近又存在差異，捕捉出這種異同，說(shuō)明用其研究RDT水動(dòng)力學(xué)性能具有適用性。2 RDT水動(dòng)力學(xué)性能影響因素分析

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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