
兵工学报 ›› 2025, Vol. 46 ›› Issue (9): 240905-.doi: 10.12382/bgxb.2024.0905
收稿日期:2024-09-29
上线日期:2025-09-24
通讯作者:
基金资助:
WANG Zhibo*(
), GU Jinjing, QIAN Haocheng
Received:2024-09-29
Online:2025-09-24
摘要:
针对气泡流对于螺旋桨尾流的影响,基于剪切应力传输k-ω(k为湍流动能,ω为湍流动能耗散率)分离涡模拟湍流模型与体积分数方程,结合滑移网格技术开展了螺旋桨在气泡流中尾流动力学特性的数值研究,对KP505桨绕流数值模型进行验证,基于多相来流中螺旋桨尾涡的演化机理,提出螺旋桨尾涡演化模型。研究结果表明:所提模型能够较为准确地模拟螺旋桨尾涡的演化过程,对螺旋桨尾流不稳定性的触发机理进行了揭示,径向通气位置影响螺旋桨的翼梢涡和桨毂涡强度与耗散,轴线处通气使桨毂涡膨胀,并使得翼梢涡在远场连通成为涡环,通气位置向翼梢移动,翼梢涡系加速扩张并迅速耗散;研究结果对为螺旋桨设计与制造具有一定的参考价值。
王志博, 顾津菁, 钱浩城. 主动通气对螺旋桨尾流的影响[J]. 兵工学报, 2025, 46(9): 240905-.
WANG Zhibo, GU Jinjing, QIAN Haocheng. The Influence of Active Ventilation on Propeller Wake[J]. Acta Armamentarii, 2025, 46(9): 240905-.
| r/R | 进速系数 | 通气质量流量/ (kg·s-1) | 通气流速/ (m·s-1) |
|---|---|---|---|
| 0 | 0.4 | 0 | 0 |
| 0.0003 | 0.95 | ||
| 0.001 | 3.18 | ||
| 0.003 | 9.55 | ||
| 0.005 | 15.92 | ||
| 0.012 | 38.20 |
表1 通气量设置
Table 1 Air injection setting
| r/R | 进速系数 | 通气质量流量/ (kg·s-1) | 通气流速/ (m·s-1) |
|---|---|---|---|
| 0 | 0.4 | 0 | 0 |
| 0.0003 | 0.95 | ||
| 0.001 | 3.18 | ||
| 0.003 | 9.55 | ||
| 0.005 | 15.92 | ||
| 0.012 | 38.20 |
| 通气质量流量/ (kg·s-1) | 进速系数 | r/R | 通气口中心 坐标/m |
|---|---|---|---|
| 0.003 | 0.4 | 0 | (0,0,0) |
| 0.2 | (0,0.025,0) | ||
| 0.4 | (0,0.05,0) | ||
| 0.6 | (0,0.075,0) | ||
| 0.8 | (0,0.1,0) | ||
| 1.2 | (0,0.15,0) |
表2 通气位置设置
Table 2 Ventilation position setting
| 通气质量流量/ (kg·s-1) | 进速系数 | r/R | 通气口中心 坐标/m |
|---|---|---|---|
| 0.003 | 0.4 | 0 | (0,0,0) |
| 0.2 | (0,0.025,0) | ||
| 0.4 | (0,0.05,0) | ||
| 0.6 | (0,0.075,0) | ||
| 0.8 | (0,0.1,0) | ||
| 1.2 | (0,0.15,0) |
| 网格方案 | 叶片网格 尺寸/H | 边界层 厚度/H | 旋转体网格 尺寸/H | 交界面网格 尺寸/H | 网格数/106 | KT | ΔKT/% | 10KQ | ΔKQ/% |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 0.0400 | 0.2000 | 0.0400 | 0.0800 | 1.79 | 0.2492 | 4.53 | 0.422 | 7.68 |
| 2 | 0.0141 | 0.0707 | 0.0141 | 0.0283 | 5.08 | 0.2407 | 0.96 | 0.409 | 4.36 |
| 3 | 0.0050 | 0.0250 | 0.0050 | 1.00%H | 14.37 | 0.2398 | 0.59 | 0.401 | 2.32 |
表3 不同网格方案及网格无关性验证
Table 3 Different grid schemes and grid independence verification
| 网格方案 | 叶片网格 尺寸/H | 边界层 厚度/H | 旋转体网格 尺寸/H | 交界面网格 尺寸/H | 网格数/106 | KT | ΔKT/% | 10KQ | ΔKQ/% |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 0.0400 | 0.2000 | 0.0400 | 0.0800 | 1.79 | 0.2492 | 4.53 | 0.422 | 7.68 |
| 2 | 0.0141 | 0.0707 | 0.0141 | 0.0283 | 5.08 | 0.2407 | 0.96 | 0.409 | 4.36 |
| 3 | 0.0050 | 0.0250 | 0.0050 | 1.00%H | 14.37 | 0.2398 | 0.59 | 0.401 | 2.32 |
| q/ (kg·s-1) | J | |||
|---|---|---|---|---|
| 0.2 | 0.4 | 0.6 | 0.8 | |
| 0 | | | | |
| 0.0003 | | | | |
| 0.0010 | | | | |
| 0.0030 | | | | |
| 0.0050 | | | | |
| 0.0120 | | | | |
表4 不同通气量下水气掺和作用下尾涡演化
Table 4 Volution of wake under the influence of water vapor mixing at different air injection flow rates
| q/ (kg·s-1) | J | |||
|---|---|---|---|---|
| 0.2 | 0.4 | 0.6 | 0.8 | |
| 0 | | | | |
| 0.0003 | | | | |
| 0.0010 | | | | |
| 0.0030 | | | | |
| 0.0050 | | | | |
| 0.0120 | | | | |
| [1] |
|
| [2] |
|
| [3] |
|
| [4] |
|
| [5] |
|
| [6] |
王巍, 唐滔, 卢盛鹏, 等. 主动射流控制水翼空化的数值模拟与分析[J]. 力学学报, 2019, 51(6):1752-1760.
doi: 10.6052/0459-1879-19-222 |
|
|
|
| [7] |
张嶔, 何聪, 许情, 等. 小角度斜流下导管桨/螺旋桨尾流场数值分析[J]. 哈尔滨工程大学学报, 2022, 43(8):1102-1108.
|
|
|
|
| [8] |
韩健, 陈庆任, 李广年. 船舶螺旋桨尾流动态结构分析[J]. 海洋技术学报, 2018, 37(2):91-94.
|
|
|
|
| [9] |
王恋舟, 吴铁成, 郭春雨. 螺旋桨梢涡不稳定性机理与演化模型研究[J]. 力学学报, 2021, 53(8):2267-2278.
|
|
|
|
| [10] |
|
| [11] |
|
| [12] |
|
| [13] |
|
| [14] |
|
| [15] |
|
| [16] |
|
| [17] |
|
| [18] |
|
| [19] |
|
| [20] |
|
| [1] | 王辰旭, 张甲浩, 蔡轶强, 周晟, 龚杰, 陈鹏万, 余庆波. 带空穴柱形装药壳体破片爆炸驱动特性[J]. 兵工学报, 2025, 46(9): 241089-. |
| [2] | 夏柳, 武伟超, 潘艾刚, 王亚飞, 王强, 闫伸. 单点及三点阵列毁伤模式对钢筋混凝土梁的毁伤效能比较[J]. 兵工学报, 2023, 44(12): 3851-3861. |
| [3] | 宋健, 宋向华, 蔡蒨, 佘湖清. 火箭弹自力弹射内弹道特性[J]. 兵工学报, 2021, 42(5): 944-954. |
| [4] | 于情波, 杨国来, 葛建立. 基于随动边界的火炮身管热力联合效应数值分析[J]. 兵工学报, 2019, 40(4): 697-707. |
| [5] | 张方方, 张振山, 王晋忠, 刘佳. 含湿氢氧掺混燃烧室动态过程数值分析研究[J]. 兵工学报, 2015, 36(2): 313-320. |
| [6] | 张方方, 张振山, 梁伟阁, 王郑力. 水下蒸汽涡轮发动机变工况热力特性数值分析研究[J]. 兵工学报, 2014, 35(9): 1466-1472. |
| [7] | 王长庚, 徐万和, 徐诚. 人-枪系统中不同自动方式对枪械后坐作用影响研究[J]. 兵工学报, 2014, 35(5): 741-747. |
| [8] | 王明环, 刘望生, 彭伟. 螺旋深小孔电解加工间隙多相流场特性及实验研究[J]. 兵工学报, 2013, 34(6): 748-753. |
| [9] | 赵鹏, 李国岫, 张涛, 贾涛鸣. 基于流体体积方法的燃油液滴蒸发过程数值模拟研究[J]. 兵工学报, 2013, 34(11): 1359-1365. |
| 阅读次数 | ||||||
|
全文 |
|
|||||
|
摘要 |
|
|||||
京公网安备11010802024360号 京ICP备05059581号-4