STAR-CCM+运动建模案例:开放水域中的船用螺旋桨

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问题描述

本教程介绍如何模拟船用螺旋桨在开放水域中的工作过程。螺旋桨置于一个如下所示的虚拟水池中。螺旋桨是一个可变螺距螺旋桨,在前缘和尾缘处的桨毂和螺旋桨叶片之间有一个 0.3 mm 的间隙,在模拟中保持此间隙。使用 MRF 对螺旋桨的旋转建模。本仿真中螺旋桨直径为0.25m。螺旋桨转速为15 rps。

STAR-CCM+运动建模案例:开放水域中的船用螺旋桨的图1

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STAR-CCM+设置

(1)在使用MRF 对螺旋桨的运动建模。起始模拟文件包含两个区域,一个用于旋转的螺旋桨,另一个用于静态流体域。使用拉伸网格模型来扩展静态区域。

STAR-CCM+运动建模案例:开放水域中的船用螺旋桨的图2

(2)将为旋转区域及其周围使用切割体网格生成器网格模型。使用拉伸网格网格生成器网格化轴周围的静态区域,因为这样可以最大程度地降低计算成本。本案例采用的网格化策略采用基于零部件的网格化(PBM)方法。这种网格化策略在几何零部件上执行网格操作生成流程;因此,用户可对输入零部件进行修改,并通过生成流程将变化传输到体网格。拉伸网格也是生成流程操作的一部分。右键单击Geometry> Operations节点,选择New> Mesh > Automated Mesh,在生成的对话框中,选择网格重构,切割体网格单元,棱柱层网格。

(3)右键点击Operations >Automated Mesh > Custom Controls,选择New > Surface,Curve Control.对螺旋桨叶片进行细网格细化。最终网格设置如下:

STAR-CCM+运动建模案例:开放水域中的船用螺旋桨的图3

(4)右键单击Geometry> Operations 节点,选择New > Surface Preparation  >Surface Extruder.。利用此功能对进出口流体域进行拉伸,进出口拉伸距离分别为1m和3m。最终体网格如下图:

STAR-CCM+运动建模案例:开放水域中的船用螺旋桨的图4

(5)在新创建区域的边界上对入口、出口、壁面和对称边界条件进行定义。入口为速度进口,出口为压力出口,拉伸的远场壁面设置为对称平面边界条件。进口流体速度 VA作为流体域中的一个初始条件。在此稳态模拟中,使用两个场函数J 和 i 来指定J 值的范围。场函数 i 指定J 值变化的迭代。在本案例中,J 的起始值是0.6。 J 值每迭代501 次增加 0.2。对于每个 J 值,此迭代次数已足以让求解收敛。通过定义场函数来定义出螺旋桨进口的进速系数。

(6)创建性能报告。螺旋桨性能数据包括前进系数、推力系数、扭矩系数和敞水效率。利用自定义场函数定义出四个变量,进行仿真,最终四个数据与实验结果的对比如下: 

STAR-CCM+运动建模案例:开放水域中的船用螺旋桨的图5

螺旋桨仿真性能与实验性能的对比



STAR-CCM+运动建模案例:开放水域中的船用螺旋桨的图6

螺旋桨压力分布


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 文章来源有限猿仿真


STAR-CCM+运动建模螺旋桨

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