一种水下螺旋桨梢涡空化的数值预报方法

成果基本信息
关键词：	螺旋桨;梢涡空化;数值预报
成果类别：		技术成熟度：
体现形式（基础理论类）：		体现形式（应用技术类）：	无
成果登记号：	2018N991Y004162	资源采集日期：	2019-04-15

研究情况
单位名称：	安徽工业大学	技术水平：
评价证书号：		评价单位：	国家知识产权局
评价日期：	2017.06.06	评价证书号：

转化情况
转让范围：		推广形式：	无
已转让企业数（个）：	0

联系方式
联系人（平台）：	孵化基地	联系人（平台）电话：	0771-3394012
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成果简介
1. 课题来源及背景　　随着现代船舶对负荷和船速的要求越来越高，螺旋桨空化现象难以避免。而梢涡空化常常是螺旋桨最早出现的空化，其现象的准确预报可以对空化初生的判断提供重要依据。梢涡空化的数值预报也是最难实现的空化数值预报之一。数值捕获梢涡空泡，并获取其周围流场的压力、速度和流场结构在内的全面空化流场信息可以进一步增强对噪声产生机理的认识。梢涡空化一直是众多相关学者的的研究热点和难点，也是推进器设计制造乃至造船行业所关注的热点之一。课题源于安徽省自然科学基金资助。　　2. 技术原理　　技术原理就是依据梢涡空化的主要特征，综合使用空化模型、湍流模型和混合两相流模型来数值求解纳维—斯托克斯（N-S）方程组，得到螺旋桨流体环境中的压力、速度和反映空化的汽相体积分数等各项物理参数值，提供一种关于水下螺旋桨梢涡空化的数值预报方法，可对螺旋桨设计中空化性能进行预测与评估。主要包括以下步骤：（a）基本网格确定；（b）精细网格确定；（c）最优网格确定；（d）优化模型参数，利用最优网格预报所需工况条件下的梢涡空化。在本梢涡空化数值预报中影响数值计算结果的主要技术环节有：模型（湍流模型和空化模型）、数值算法和网格，由于模型和数值算法对不同对象（桨模和工况）的数值计算有较强的适应性和鲁棒性，而网格对不同对象的数值计算有较大差异性。通过将模型，算法和网格等重要条件进行组合，找到一个有效的技术途径来更好地预报梢涡空化。本技术较为有效地预报了几种典型螺旋桨在几种不同工况下的梢涡空化，梢涡空化预报长度达到一个桨叶，对螺旋桨设计中空化性能的预测与评估具有重要作用，可有效减少设计成本和设计周期，其应用前景非常好。　　3. 技术创新和先进性　　采用全空化模型和重整化群湍流模型（RNG k-ε湍流模型），并对其重要参数进行修正，对空化模型中相变率参数的修正和湍流模型中湍流黏度系数的修正采用C语言编写，再利用宏调用（DEFINE_TURBULENT_VISCOSITY等）形式嵌入计算程序。在本方法公开之前，国内外预报精度更高的梢涡空化的预报案例还很少。　　4. 技术成熟度　　在本技术中几个关键技术环节中，湍流模型和空化模型都是采用经典模型并根据计算对象对模型参数进行优化，采用专业的建网格方法，数值计算是采用专业的商用软件进行，计算误差可控。因此整个技术的成熟度较高，适用于大多数船舶螺旋桨梢涡空化的数值预报。　　5. 应用情况及存在问题　　本技术方法较为有效地预报了几种螺旋桨在不同工况下的梢涡空化，因此，对螺旋桨设计中空化性能的预测与评估具有重要作用，可有效减少设计成本和设计周期，其应用前景非常好。本技术方法还可以数值预报旋转水力机械的空化性能，如水泵、用于洋流发电的旋转叶轮的水动力性能预报。但本方法中技术流程较多，需要预先估计梢涡空化的空间轨迹，网格优化过程较为复杂，对计算资源要求较高，数值计算中耗时也较长。

成果名称：	一种水下螺旋桨梢涡空化的数值预报方法	关键词：	螺旋桨;梢涡空化;数值预报
成果类别：		一级分类名称：	装备制造
二级分类名称：	运输装备制造	三级分类名称：	水路运输装备
研究起止时间：	2014.07 至2018.06	成果体现形式（应用技术类）：	无
成果属性：		成果体现形式（基础理论类）：
技术成熟度：		技术水平：
研究形式：		学科分类1：
单位名称：	安徽工业大学	学科分类2：
中图分类号1：		所属高新技术类别：
中图分类号2：		课题来源：
应用行业：		课题立项名称：
国家科技计划子类别：		课题立项编号：	1608085MA05
经费实际投入额（万元）：	8.00	评价单位：	国家知识产权局
评价形式：	无	应用状态：	无
评价日期：	2017.06.06	转让范围：
评价证书号：		推荐单位：	马鞍山市科技局
推广形式：	无	成果登记号：	2018N991Y004162
成果简介：	1. 课题来源及背景　　随着现代船舶对负荷和船速的要求越来越高，螺旋桨空化现象难以避免。而梢涡空化常常是螺旋桨最早出现的空化，其现象的准确预报可以对空化初生的判断提供重要依据。梢涡空化的数值预报也是最难实现的空化数值预报之一。数值捕获梢涡空泡，并获取其周围流场的压力、速度和流场结构在内的全面空化流场信息可以进一步增强对噪声产生机理的认识。梢涡空化一直是众多相关学者的的研究热点和难点，也是推进器设计制造乃至造船行业所关注的热点之一。课题源于安徽省自然科学基金资助。　　2. 技术原理　　技术原理就是依据梢涡空化的主要特征，综合使用空化模型、湍流模型和混合两相流模型来数值求解纳维—斯托克斯（N-S）方程组，得到螺旋桨流体环境中的压力、速度和反映空化的汽相体积分数等各项物理参数值，提供一种关于水下螺旋桨梢涡空化的数值预报方法，可对螺旋桨设计中空化性能进行预测与评估。主要包括以下步骤：（a）基本网格确定；（b）精细网格确定；（c）最优网格确定；（d）优化模型参数，利用最优网格预报所需工况条件下的梢涡空化。在本梢涡空化数值预报中影响数值计算结果的主要技术环节有：模型（湍流模型和空化模型）、数值算法和网格，由于模型和数值算法对不同对象（桨模和工况）的数值计算有较强的适应性和鲁棒性，而网格对不同对象的数值计算有较大差异性。通过将模型，算法和网格等重要条件进行组合，找到一个有效的技术途径来更好地预报梢涡空化。本技术较为有效地预报了几种典型螺旋桨在几种不同工况下的梢涡空化，梢涡空化预报长度达到一个桨叶，对螺旋桨设计中空化性能的预测与评估具有重要作用，可有效减少设计成本和设计周期，其应用前景非常好。　　3. 技术创新和先进性　　采用全空化模型和重整化群湍流模型（RNG k-ε湍流模型），并对其重要参数进行修正，对空化模型中相变率参数的修正和湍流模型中湍流黏度系数的修正采用C语言编写，再利用宏调用（DEFINE_TURBULENT_VISCOSITY等）形式嵌入计算程序。在本方法公开之前，国内外预报精度更高的梢涡空化的预报案例还很少。　　4. 技术成熟度　　在本技术中几个关键技术环节中，湍流模型和空化模型都是采用经典模型并根据计算对象对模型参数进行优化，采用专业的建网格方法，数值计算是采用专业的商用软件进行，计算误差可控。因此整个技术的成熟度较高，适用于大多数船舶螺旋桨梢涡空化的数值预报。　　5. 应用情况及存在问题　　本技术方法较为有效地预报了几种螺旋桨在不同工况下的梢涡空化，因此，对螺旋桨设计中空化性能的预测与评估具有重要作用，可有效减少设计成本和设计周期，其应用前景非常好。本技术方法还可以数值预报旋转水力机械的空化性能，如水泵、用于洋流发电的旋转叶轮的水动力性能预报。但本方法中技术流程较多，需要预先估计梢涡空化的空间轨迹，网格优化过程较为复杂，对计算资源要求较高，数值计算中耗时也较长。
联系人：	吴胜华	成果登记日期：	2018-12-10
联系人email：	kyckfb@ahut.edu.cn	单位代码：	93400007
邮政编码222：	243002	联系人电话：	13955544680
单位传真：	0555-2311367	单位通讯地址：	安徽省马鞍山市芜湖东路59号
单位所在省市：		单位电话：	0555-2311367;2311857
转让收入（万元）：	0	单位属性：
合作完成单位：		已转让企业数（个）：	0
成果发布年份：	2018	知识产权形式：
成果完成人：	朱志峰	资源采集日期：	2019-04-15

一种水下螺旋桨梢涡空化的数值预报方法

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