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螺旋桨的工作性能对船舶运输业的发展非常重要,其研究方法主要分为试验方法和理论方法。相比试验方法,理论方法因为其周期短和成本低且满足工程精度而成为研究螺旋桨工作性能的重点。随着计算机技术的发展,基于粘流理论的计算流体力学法成为研究螺旋桨性能的主要方法。 螺旋奖的敞水效率是其工作效率的主要影响因素。本文首先研究了与船用螺旋桨相关的计算流体力学理论和有限元法理论;通过软件研究了螺旋桨的建模及流体网格和结构网格的划分方法;再分析螺旋桨敞水工作时的推力、转矩、敞水效率以及桨叶的总压分布规律;然后将螺旋桨敞水工作时的桨叶受力加载到有限元分析软件中分析螺旋桨的应力应变;最后通过绘图方法分析螺旋桨的最大应力、最大应变与进速系数三者的关系。本文通过这些研究得到以下结论: (1)研究了船用螺旋桨涉及的计算流体力学理论和有限元法的理论;计算流体力学部分阐述了计算机流体力学的控制方程,比较了常用的-的三个湍流模型,并提出了一个RANS方程的解法。 (2)研究了螺旋桨的建模方法和网格划分方法;在UG通过输入型值点,然后构建叶片的界面轮廓线,最后完成桨叶的建模;在Gambit中采用三角形非结构网格方法画面网格和Tgrid方法画体网格方法,分别完成了流体网格和结构网格的划分的方法。 (3)使用Fluent软件分析了螺旋桨的敞水性能;结合MRF转动模型和RNG-湍流模型研究螺旋桨在不同进速系数下的推力、转矩和敞水效率,并将计算结果与试验值比较,得出本文方法的工程可用性的结论。 (4)本文研究了在不同进速系数下的桨叶的总压分布的变化规律;叶背上总压增加,高压区域逐渐从随边向导边扩张且渐趋平均;桨叶叶面的高压出现在导边部位和随边部位,且两处高压逐渐减小。 (5)研究了螺旋桨敞水时的单向流固耦合作用;得到螺旋桨敞水运动时桨叶应力集中在叶根中部,应变沿叶梢到叶根逐渐减小的结论;并通过绘图的方法分析了桨叶最大应变与、最大应力和进速系数三者的关系。