块状冰对螺旋桨水动力性能的影响

摘要

以DTMB-4381桨为对象,利用重叠网格方法,对块状冰的大小、位置及运动对螺旋桨水动力性能的影响进行了非定常RANS数值模拟.采用切割体网格和棱柱层网格,分别生成整个计算域的背景网格以及螺旋桨计算域和块状冰计算域的重叠网格,在计算过程中,背景网格区域与重叠网格区域通过两者的边界面进行数据交换.首先利用控制变量法,研究固定冰块参数对螺旋桨水动力性能的影响,数值模拟结果表明,在固定冰块的影响下,螺旋桨推力和扭矩以叶频周期性变化,其时间平均值主要与冰块在桨盘面内的投影面积、冰桨轴向距离及冰块水平位置有关;然后研究运动冰块对螺旋桨水动力性能的影响,数值模拟结果表明,在冰块沿轴向接近螺旋桨的过程中,推力和扭矩呈振荡式上升,且振荡频率和叶频相同.分析认为,这一现象是由冰桨轴向距离的逐渐减小以及冰块与桨叶周向相对位置的周期性变化两者共同作用造成的.