体积力螺旋桨法：自航

船舶工程的挑战之一是，预测在旋转螺旋桨产生推力的作用下，船体穿水移动的速度。Simcenter STAR-CCM+ 提供可以预测此速度的方法学。

本教程模拟船舶在螺旋桨产生推力的作用下穿过静水的运动。螺旋桨布置在船尾中部，转速为 2300 rpm。由于涡流和压力梯度的原因，这些类型模拟中的螺旋桨效力会显著影响船身性能，因此非常重要。

要进行自航建模，应将船置于全尺寸虚拟拖曳水池中。在此教程中，您可以使用虚拟盘模型的体积力螺旋桨法表示螺旋桨对船的影响。利用体积力螺旋桨法可以对螺旋桨和船身交互作用建模，这样不会产生采用精细网格和较小时间标度进行螺旋桨几何建模的额外费用。有关更多信息，请参阅《用户指南》中的“体积力螺旋桨法”。



此教程使用的特定模型是：

  • 水和空气的流体域体积 (VOF)。模拟从平静的水面开始。

  • 动态流体固体相互作用 (DFBI)，用于计算船在流体力作用下的运动。船会前进或后退，也会自由起伏和颠簸。

在此模拟中，船会加速移动，直至达到稳定速度。要在 Simcenter STAR-CCM+ 中实现此稳定状态，螺旋桨产生的推力必须与作用于船身的拉力保持平衡。

该模型使用完整的船几何，并且不会使用对称条件。应用以下边界条件：

  • 上游、顶部、底部和侧边界的入口处具有指定的速度和体积分数
  • 流体静压力对应于试验池下游边界处的平静水面
  • 船身表面的壁面