一种基于仿真技术的螺旋桨推力性能测试方法技术

本发明专利技术公开一种基于仿真技术的螺旋桨推力性能测试方法，方法包括：S1、根据预先定义的试验参数，配置指定文件，在Fluent仿真软件中导入；S2、根据导入的试验参数，在Fluent仿真软件中确定使用的螺旋桨模型；S3、根据所述试验参数和所述螺旋桨模型，确定放置所述螺旋桨模型的流场计算域；S4、采用ICEM软件对所述流场计算域进行处理，生成船舶的螺旋桨所在区域的网格；S5、在所述Fluent仿真软件中设置用于试验所述螺旋桨的仿真参数和至少一组试验条件；对所述螺旋桨进行仿真测试，获取对应每一组试验条件的仿真测试结果。上述方法能够直接模拟出不同海况和工况条件下螺旋桨产生的推力，测量信息丰富、精度高、试验条件便于修改。

A test method of propeller thrust performance based on Simulation Technology

【技术实现步骤摘要】
一种基于仿真技术的螺旋桨推力性能测试方法
本专利技术涉及船舶仿真技术，尤其涉及一种基于仿真技术的螺旋桨推力性能测试方法。
技术介绍
用于获取风浪中小型螺旋桨发动机推力和扭矩的常用方法通常为理论计算或物理水池中进行试验，理论计算基于经验公式，精度低，且无法反映出螺旋桨几何外形的微小变化。物理试验中，由于螺旋桨的存在，使用六分量天平对螺旋桨的扭矩和推力进行测量的过程复杂，容易在测量过程中引入误差，导致最终测量结果和试验结果的可信度无法保证。此外，由于测量仪器结构复杂、价格昂贵，不适合长期浸泡在水中进行试验。而离水试验无法精确测量螺旋桨在不同风浪作用下、不同浸深中的推力性能，无法得出风浪和不同浸深程度下的的螺旋桨的推力性能。
技术实现思路
针对现有的螺旋桨推力测量方法存在的测量过程复杂、测量结果精度低、试验条件受限的缺点，本专利技术提供一种基于仿真技术的螺旋桨推力性能测试方法，能够直接测量不同海况和工况条件下螺旋桨产生的推力，测量信息丰富、精度高、试验条件便于修改。为了达到上述的目的，本专利技术采用的主要技术方案包括：第一方面，本专利技术提供一种基于仿真技术的螺旋桨推力性能测试方法，其特征在于，包括：S1、根据预先定义的试验参数，配置指定文件，在Fluent仿真软件中导入；S2、根据导入的所述试验参数，在所述Fluent仿真软件中确定使用的螺旋桨模型；S3、根据所述试验参数和所述螺旋桨模型，确定放置所述螺旋桨模型的流场计算域；S4、采用ICEM软件对所述流场计算域进行处理，生成船舶的螺旋桨所在区域的网格；S5、在所述Fluent仿真软件中设置用于试验所述螺旋桨的仿真参数和至少一组试验条件；对所述螺旋桨进行仿真测试，获取对应每一组试验条件的仿真测试结果。可选地，还包括：导出Fluent仿真软件中的仿真测试结果，将所述仿真测试结果和理论计算结果进行对比分析。可选地，所述步骤S2包括：导入外部确定的螺旋桨模型；或者，选择螺旋桨模型数据库中的一个螺旋桨模型；或者，接收输入的螺旋桨几何参数，并给予螺旋桨数据库中的通用模型进行建模，得到螺旋桨模型。可选地，所述步骤S3包括：流场计算域的尺寸与螺旋桨的尺寸匹配，包括：流场计算域为一个圆柱体，圆柱体的轴线与螺旋桨轮毂的轴线共线，流场计算域的水流入口边界和出口边界为圆柱体的两个底面，底面直径为5D，水流入口边界与螺旋桨桨毂顶点的距离为3D，水流出口边界与螺旋桨桨毂底面的距离为4D。D为螺旋桨直径。可选地，所述步骤S4包括：采用ICEM仿真软件对流场计算域进行网格划分，生成壳网格、再利用壳网格进行拉伸成为边界层网格、最后对边界层网络中的空白区域进行网格填充。可选地，所述步骤S4包括：基于预先定义的三角形网格类型、补丁依赖型(PatchDependent)和自动分块的网格生成方法、选定使相邻网格具有连续性的响应线元素的复选框，利用动态网格加密方法，将叶片与螺旋桨轴的连接部分进行线网格节点加密，生成壳网格；基于生成的壳网格，拉伸成边界层网格，并设置边界层网格的首层高度、高度变化率和层数，拉伸生成棱柱网格，并定义加密区后，生成棱柱网格与边界之间的体网格。可选地，所述步骤S5包括：检查体网格质量，使体网格中最小网格体积大于零；选择求解器为基于压力的隐式稳态求解器；定义湍流模型为水动力计算适用的RNGk-epsilon模型；在Fluent仿真软件的流体材料数据库中选择水和空气，设置为多相流模式，进口边界设置为速度入口，出口边界设置为自由出流，螺旋桨和桨毂设置为无滑移壁面，流场计算域内的流体按照MRF模型设置为绕轴以一定的角速度旋转。可选地，所述步骤S5还包括：试验中的变量包括海况等级；海况等级的变化通过造波、造风来实现，具体包括：在进行造波前，打开VOF模型、设置明渠造波，并将压力设置为隐式形式。可选地，使用UDF二次开发进行边界造波、造风的实现，利用函数DEFINE_PROFILE(name,t,i)函数来定义入口边界速度，应用UDF造波方法生成不同波高、波长、相位角、波浪频率的二阶stokes波，二阶stokes波的波面方程表示为：式(1)中：H表示波高；k为波数；x为计算点的坐标位置；ω为波浪频率；t为时间；d为水深；s为计算点距离海底即圆周壁面的高度坐标；采用对数风廓线分布规律的风作为输入，公式表示为：式(2)中：u为高度上Z处的风速；K为卡曼常数；u0为磨擦速度；Z0为粗糙度指数。本专利技术的有益效果是：本专利技术中利用CFD仿真技术进行螺旋桨推力性能试验，简化了流程，提高了仿真效率，有助于加快螺旋桨研发和优化周期；利用虚拟仿真平台生成多种海洋环境和波浪环境，更符合螺旋桨工作条件下的实际海况，有助于分析不同条件下螺旋桨的推力性能；本实施例的方法与实际应用结合，对于螺旋桨的设计和优化有一定的指导作用。附图说明图1为本专利技术一实施例提供的基于仿真技术的螺旋桨推力性能测试方法的流程示意图；图2为本专利技术另一实施例提供的基于仿真技术的螺旋桨推力性能测试方法的流程示意图；图3为本专利技术另一实施例提供的螺旋桨特性曲线试验值与计算值的比对示意图。具体实施方式为了更好地解释本专利技术，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本专利技术作详细描述。螺旋桨推力性能试验可用于以下几方面：1.估计推进器的实际推力性能和推力损失；2.将测试结果绘制成图谱；3.用于动力定位系统中推力分配算法的开发；4.设计螺旋桨，比较不同螺旋桨方案的优劣；5.分析螺旋桨不同的几何参数对螺旋桨推力性能的影响。因此，螺旋桨的推力性能研究对于推进系统具有非常重要的意义。本专利技术实施例提供一种专门用于进行不同风浪作用下的螺旋桨推力性能测试的方法，该方法利用Fluent软件，可以生成不同海况，并设置不同的浸深程度，方便对试验相关的参数进行设置和修改，同时，可自动输出螺旋桨在不同条件下的推力性能，用于指导螺旋桨的优化和应用。实施例一如图1所示，图1示出了本专利技术一实施例提供的螺旋桨推力性能测试方法的流程示意图，本实施例的方法包括下述步骤：S1、根据预先定义的试验参数，配置指定文件(如joumal文件)，在Fluent仿真软件中导入。也就是说，根据预先定义的单次试验或批量试验的试验类型，配置joumal文件，然后把joumal文件导入Fluent仿真软件。举例来说，该步骤中的试验参数可包括：求解器类型设置为基于压力的隐式稳态求解器的瞬态计算模式，湍流模型选择RNGk-epsilon模型等参数，本实施例仅为举例说明，在实际应用中，还可选用其他的试验参数。S2、根据所述试验参数，在所述Fluent仿真软件中确定使用的螺旋桨模型。在本实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于仿真技术的螺旋桨推力性能测试方法，其特征在于，包括：/nS1、根据预先定义的试验参数，配置指定文件，在Fluent仿真软件中导入；/nS2、根据导入的所述试验参数，在所述Fluent仿真软件中确定使用的螺旋桨模型；/nS3、根据所述试验参数和所述螺旋桨模型，确定放置所述螺旋桨模型的流场计算域；/nS4、采用ICEM软件对所述流场计算域进行处理，生成船舶的螺旋桨所在区域的网格；/nS5、在所述Fluent仿真软件中设置用于试验所述螺旋桨的仿真参数和至少一组试验条件；对所述螺旋桨进行仿真测试，获取对应每一组试验条件的仿真测试结果。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于仿真技术的螺旋桨推力性能测试方法，其特征在于，包括：
S1、根据预先定义的试验参数，配置指定文件，在Fluent仿真软件中导入；
S2、根据导入的所述试验参数，在所述Fluent仿真软件中确定使用的螺旋桨模型；
S3、根据所述试验参数和所述螺旋桨模型，确定放置所述螺旋桨模型的流场计算域；
S4、采用ICEM软件对所述流场计算域进行处理，生成船舶的螺旋桨所在区域的网格；
S5、在所述Fluent仿真软件中设置用于试验所述螺旋桨的仿真参数和至少一组试验条件；对所述螺旋桨进行仿真测试，获取对应每一组试验条件的仿真测试结果。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
导出Fluent仿真软件中的仿真测试结果，将所述仿真测试结果和理论计算结果进行对比分析。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S2包括：
导入外部确定的螺旋桨模型；
或者，选择螺旋桨模型数据库中的一个螺旋桨模型；
或者，接收输入的螺旋桨几何参数，并给予螺旋桨数据库中的通用模型进行建模，得到螺旋桨模型。


4.根据权利要求1至3任一所述的方法，其特征在于，所述步骤S3包括：
流场计算域的尺寸与螺旋桨的尺寸匹配，包括：
流场计算域为一个圆柱体，圆柱体的轴线与螺旋桨轮毂的轴线共线，流场计算域的水流入口边界和出口边界为圆柱体的两个底面，底面直径为5D，水流入口边界与螺旋桨桨毂顶点的距离为3D，水流出口边界与螺旋桨桨毂底面的距离为4D。
D为螺旋桨直径。


5.根据权利要求1至4任一所述的方法，其特征在于，所述步骤S4包括：
采用ICEM仿真软件对流场计算域进行网格划分，生成壳网格、再利用壳网格进行拉伸成为边界层网格、最后对边界层网络中的空白区域进行网格填充。


6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤S4包括：
基于预先定义的三角形...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晓原，夏媛媛，姜雨函，朱慎超，王芳涵，王曼曼，张露露，
申请(专利权)人：智慧航海青岛科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37