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一种耦合CFD修正的螺旋桨快速设计方法汇报人：2024-01-21

引言螺旋桨设计基础CFD技术在螺旋桨设计中的应用耦合CFD修正的螺旋桨快速设计方法实验验证与结果分析结论与展望contents目录

01引言

螺旋桨作为船舶推进系统的重要组成部分，其设计质量直接影响船舶的航行性能。传统螺旋桨设计方法存在设计周期长、精度难以保证等问题，无法满足现代船舶快速、高效的设计需求。因此，研究一种耦合CFD修正的螺旋桨快速设计方法，对于提高船舶推进系统设计效率、优化航行性能具有重要意义。研究背景和意义

国内外研究现状及发展趋势国内外学者在螺旋桨设计方面已开展了大量研究工作，包括基于经验公式、图谱等传统方法以及基于CFD等现代设计方法。传统方法虽然简单易行，但精度较低，无法满足高精度设计要求；而基于CFD的方法虽然精度较高，但计算量大、设计周期长。目前，国内外学者正致力于将传统方法与CFD方法相结合，发展出一种既快速又准确的螺旋桨设计方法。

本文旨在研究一种耦合CFD修正的螺旋桨快速设计方法，包括建立螺旋桨几何模型、基于CFD的流场分析、设计参数优化等关键技术。研究内容采用理论分析、数值模拟和实验验证相结合的方法进行研究。首先建立螺旋桨几何模型，然后基于CFD方法进行流场分析，得到螺旋桨水动力性能；接着采用优化算法对设计参数进行优化，得到最优设计方案；最后通过实验验证方法的可行性和有效性。研究方法研究内容和方法

02螺旋桨设计基础

123螺旋桨旋转产生推力，使船舶前进。推力大小与螺旋桨的几何形状、转速、进速等因素有关。推进原理螺旋桨工作时受到水的反作用力，产生扭矩。发动机通过传动装置将功率传递给螺旋桨，克服扭矩使螺旋桨旋转。扭矩和功率当螺旋桨旋转速度过高时，叶片背面可能出现空泡，导致剥蚀现象，影响螺旋桨效率和寿命。空泡和剥蚀螺旋桨工作原理

直径和螺距直径影响推力大小，螺距影响螺旋桨的推进效率。设计时需根据船舶需求和动力装置性能选择合适的直径和螺距。叶片数和叶型叶片数影响螺旋桨的扭矩和效率，叶型则影响空泡和剥蚀性能。多叶片螺旋桨效率高，但易产生空泡；少叶片螺旋桨则相反。材料和制造工艺螺旋桨材料需具有足够的强度和耐腐蚀性，常用的有铜合金、钢和复合材料等。制造工艺包括铸造、锻造和焊接等。螺旋桨设计参数

基于经验公式和图谱进行初步设计，但精度较低，无法满足复杂和高性能船舶的需求。图谱设计法通过制作实体模型进行水池试验，获取实际性能数据。但成本高、周期长，且难以覆盖所有工况和参数组合。模型试验法利用计算流体力学（CFD）技术对螺旋桨性能进行数值模拟。具有成本低、周期短、可重复性好等优点，但受限于计算资源和模型精度。CFD模拟法传统设计方法及其局限性

03CFD技术在螺旋桨设计中的应用

CFD技术简介CFD（计算流体动力学）是一种利用计算机进行数值模拟和分析流体流动、传热和相关物理现象的技术。通过建立数学模型，将实际问题转化为数值计算问题，从而实现对流体流动和相关物理现象的预测、分析和优化。

相比传统试验方法，CFD技术可以大大缩短设计周期，降低设计成本。高效性CFD技术可以精确地模拟螺旋桨在复杂流场中的性能表现，为设计提供准确的数据支持。精确性CFD技术可以方便地调整设计参数，实现多方案比较和优化，提高设计质量。灵活性CFD在螺旋桨设计中的优势

螺旋桨性能预测利用CFD技术对螺旋桨在不同工况下的性能进行预测，为设计提供依据。螺旋桨优化设计通过CFD技术对螺旋桨的几何形状、叶片角度等参数进行优化，提高螺旋桨的效率和性能。螺旋桨流场分析利用CFD技术对螺旋桨周围的流场进行详细分析，揭示流动现象和机理，为设计提供指导。CFD在螺旋桨设计中的应用案例030201

04耦合CFD修正的螺旋桨快速设计方法

方法概述01基于CFD（计算流体动力学）技术，结合螺旋桨设计原理，提出一种快速设计方法。02该方法通过耦合CFD修正策略，提高设计精度和效率。适用于不同类型、不同工况的螺旋桨设计。03

针对螺旋桨复杂几何形状，采用高质量的网格划分技术，确保CFD计算的准确性。网格划分与优化湍流模型选择边界条件设置修正策略实施根据螺旋桨工作环境的特性，选择合适的湍流模型进行CFD模拟。准确设置螺旋桨的边界条件，如进口速度、出口压力等，以反映实际工况。通过对比CFD模拟结果与实验结果，对设计参数进行修正，提高设计精度。耦合CFD修正策略

结果分析对CFD模拟结果进行深入分析，评估螺旋桨的性能表现。设计参数初始化根据设计需求，初始化螺旋桨的几何参数和性能参数。CFD模拟采用高效的CFD求解器，对螺旋桨进行数值模拟，获取流场信息和性能数据。参数优化根据分析结果，对设计参数进行优化调整，提高螺旋桨性能。设计迭代重复上述步骤，直至满足设计要求或达到预设的迭代次数。快速设计流程

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