船舶机械动力螺旋桨的湍流动力性能分析

摘 要：传统船舶机械动力螺旋桨的动力性能分析，没有考虑到动力与湍流的密切性，导致分析量化误差较大问题。针对以上问题提出船舶机械动力螺旋桨的湍流动力性能分析，构建分析模型，依托分析模型硬件与软件的搭建，完成螺旋桨动力性能分析模型的构建。通过控制方程的运用，选取湍流参数，实现螺旋桨动力性能分析模型运行。通过试验分析表明提出的性能分析方法和传统的分析方法相比，量化准确率提升11.35%，能够达到实际应用要求值得推广运用。

关键词：动力性能；机械动力螺旋桨；模型平台；性能分析

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.14.040

0 引言

傳统的船舶机械动力性能分析可以在特定环境下进行静态模拟，并且针对螺旋桨的动力性能进行分析。但是在特定环境下没有考虑到湍流的类型变化与动力的密切关系，导致分析量化误差较大问题。

1 构建螺旋桨动力性能分析模型

螺旋桨动力性能分析模型的构建，主要由硬件和软件系统相结合，其中硬件的搭建，其主要目的是给予在多种类湍流中螺旋桨动力数据获取的保证。

（1）螺旋桨动力性能分析模型硬件结构。螺旋桨动力性能分析模型硬件结构搭建，主要由以下部分组成，螺旋桨动力数据载入；湍流类型数据预处理；综合数据分析；数据存储及显示。

螺旋桨动力数据载入是指，把机械动力螺旋桨的运行参数，和在特定环境下的数据反馈在计算机中输入，为综合数据分析处理做基础。而螺旋桨动力数据载入也有两种数据区分，第一种及时性数据载入，该数据可以直接反应螺旋桨工作时的状态，第二种非及时性数据载入，该数据是螺旋桨工作结束的工作状态总数据。

（2）螺旋桨动力性能分析模型软件结构。螺旋桨动力性能分析模型软件系统的搭建，除了依托滑格网络模型，还需要参考系旋转网络模型（MRF）。同时滑格网络模型的虚拟计算通过系旋转网络模型（MRF）时，螺旋桨数据在数据流中的网格暴增，这时软件计算压力变大，但系旋转网络模型可以用不同的处理速度完成数据处理显示。可以说滑格网络模型和系旋转网络模型二者相辅相成，缺一不可，依托二者可以会更好的搭建螺旋桨动力性能分析模型软件系统，完成数据的处理和显示。

2 实现螺旋桨湍流动力性能的分析

（1）湍流参数的确定。针对当前的湍流研究发展来看，湍流的内在机理变化还没有得到人们重视，所以导致人们对其理解较差，还没有找到一种可靠的解决湍流参数选取的最佳方法。

并且就目前来说，螺旋桨的湍流动力性数值计算方面可依靠方法很少。针对这些问题，我们选择理论相对完善的且广为使用的RNGk-ε二成方程湍流参数来封闭RANS方程。

把重整化群（RNG）方法引用到湍流分析中，建立一个全新的湍流参数其方程如下：

式中：为速度分量时均值（=1，2，3）；为水压力时均值；为湍流流体密度；湍流流体积，为湍流流浓度；为重力加速度分量。

通过以上方程计算可以完成为控制方程的运用打下基础，更好的实现湍流参数的选取。

（2）控制方程的载入。实现螺旋桨动力性能分析模型运行首先我们要运用控制方程进行计算，假设湍流是不可压的，则流场的连续方程和动量方程分别为：

式中：为速度分量时均值（=1，2，3）；为水压力时均值；为湍流流体密度；gi为重力加速度分量。

3 实验分析

为了保证本文提出的船舶机械动力螺旋桨的湍流动力性能分析的有效性，进行仿真试验分析。试验过程中，以不同的船舶机械动力螺旋桨的动力性能作为试验对象，进行动力性能量化准确率仿真试验。

（1）数据准备。为了螺旋桨动力性能量化准确率仿真试验过程的准确性，对测试的试验参数进行设置。其试验数据设置结果如表1所示。

（2）试验结果分析。试验过程中，利用机械动力螺旋桨湍流动力性能分析方法，试验环境中进行工作，分析动力性能量化准确率的变化。得出试验结果对比曲线如图1所示。

根据试验结果曲线图显示，针对两种螺旋桨动力性能量化准确率进行算术平均值处理，得出提出的船舶机械动力螺旋桨的湍流动力性能分析，比传统的船舶机械动力螺旋桨的动力性能分析，量化准确率提升11.35%，适合实际工作需求。

4 总结

本文针对传统船舶机械动力螺旋桨的动力性能分析，无法满足实际工作需要，提出船舶机械动力螺旋桨的湍流动力性能分析，基于分析模型的构建，已经模型的运行，实现了力学性能的分析，完成了本文的研究，实验数据表明，其数据分析量化误差很小，适合实际的工作需求，值得推广运用。

参考文献：

[1]鲁利，熊鹰，王睿.RANS，DES和LES对螺旋桨流噪声预报的适用性分析[J].中国舰船研究，2017（06）：43-48.

[2]谌勇，童贤东，华宏星.湍流进流诱发的螺旋桨-轴系纵向振动特性研究[J].中国造船，2017（02）.

作者简介：刘波（1973-），男，湖北武汉人，硕士研究生，中级讲师，研究方向：船舶轮机工程。