对转螺旋桨非定常水动力性能RANS方法预测研究

"该研究论文探讨了利用RANS方法预测对转螺旋桨非定常水动力性能的技术，旨在提高对转桨设计的精确性，减少噪声和振动问题。通过细致的网格划分、滑移网格技术和考虑时间步内的旋转角度对应性，提高了预报精度，并通过两种对转桨方案的数值模拟与实验数据对比验证了方法的有效性。" 在船舶与海洋工程领域，对转螺旋桨（Contra-Rotating Propellers, CRPs）的应用日益广泛，其非定常水动力性能对船舶的运行效率、噪声控制和结构振动有着重大影响。本研究由姚国英和柯永胜在海军研究院进行，他们采用计算流体力学（Computational Fluid Dynamics, CFD）中的雷诺平均纳维-斯托克斯（Reynolds-Averaged Navier-Stokes, RANS）方法来研究对转桨的非定常性能预报。 RANS方法是CFD中的一种常用手段，它通过平均流动方程来处理湍流，简化了复杂的流体动力学问题。在本研究中，RANS模型与Shear Stress Transport (SST) k-ω湍流模型相结合，用于模拟流场中的湍流行为。为了提高预测精度，研究者特别关注了前后桨区域以及它们交界处的网格划分，确保了网格的精细程度，这有助于更准确地捕捉到流场中的细节变化。 滑移网格技术是CFD中处理旋转边界条件的有效工具，它可以模拟桨叶旋转时流场的变化。在对转桨的模拟中，这一技术允许相邻网格在旋转过程中保持相对运动，从而更好地捕捉到桨叶转动对流场的影响。 研究者还考虑了每一时间步内旋转角度的对应性，这是保证非定常性能预报准确性的关键因素。通过合理的计算设置，他们能够跟踪桨叶在不同时间点的动态交互，进一步提高了预测的精确度。 为了验证所提出的预报方法，进行了两组对转桨方案的非定常水动力性能数值模拟，并将结果与实验数据进行了对比分析。这种对比分析不仅验证了预报方法的准确性，也证明了其在实际应用中的可行性，为对转桨的设计提供了有力的工具。 这项研究通过RANS方法和滑移网格技术，为对转螺旋桨的非定常性能预报提供了一种有效且精确的方法，对于降低噪声、改善振动特性和优化船舶性能具有重要意义。未来的研究可能会进一步探索更复杂工况下的对转桨性能预报，以及如何将这些预报技术应用于实际的工程设计中。