尾鳍摆动推进水动力与流动涡结构特征分析

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作者 苏博越 翟树成 +1 位作者 白亚强 张军 《船舶力学》 EI CSCD 北大核心 2024年第2期220-228,共9页

作为BCF(body-caudalfin)推进模式中的典型代表,金枪鱼游动快,是重要的仿生研究对象之一。本文基于弹性光顺模型和局部网格重构模型动网格技术,建立仿金枪鱼尾鳍摆动推进流场RANS数值计算及涡结构提取分析方法,通过网格无关性验证,并与... 作为BCF(body-caudalfin)推进模式中的典型代表,金枪鱼游动快,是重要的仿生研究对象之一。本文基于弹性光顺模型和局部网格重构模型动网格技术,建立仿金枪鱼尾鳍摆动推进流场RANS数值计算及涡结构提取分析方法,通过网格无关性验证,并与其它研究结果的比较验证数值计算方法的有效性。对尾鳍摆动推进过程中主要涡结构的产生与演化研究表明,尾鳍摆动推进水动力由St数主控,尾流中环状涡结构呈“之”形交错分布,并且随着St数增加,涡结构逐渐从单列演变成双列,推力系数逐渐增大。 展开更多

关键词 尾鳍摆动 数值计算 水动力 涡结构

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静水中扭波推进水动力的数值模拟（英文） 被引量：3

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作者 白亚强 张军 +1 位作者 翟树成 丁恩宝 《船舶力学》 EI CSCD 北大核心 2016年第6期647-654,共8页

尼罗河魔鬼鱼(GNF)采用长背鳍扭波推进,具有较高的推进效率和机动性,而鱼体主体可以保持直线不变形。为适应扭波推进过程中鳍面的大摆角变形,文中采用动网格技术求解了静水中扭波推进非定常流场,鳍面最大计算摆角达到85°,并通过与... 尼罗河魔鬼鱼(GNF)采用长背鳍扭波推进,具有较高的推进效率和机动性,而鱼体主体可以保持直线不变形。为适应扭波推进过程中鳍面的大摆角变形,文中采用动网格技术求解了静水中扭波推进非定常流场,鳍面最大计算摆角达到85°,并通过与水动力实验结果比较验证了数值计算方法的可靠性。文中还分析了鳍面压力分布随相位的变化及其与推力产生的关系,以及水动力随扭波频率的脉动规律。研究表明,推力系数不随扭波频率而变化,轴向、垂向力波动频率是扭波频率的2倍,而侧向力脉动频率与扭波频率一致。 展开更多

关键词 扭波 仿生推进 数值计算

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大型集装箱船节能导轮设计研究 被引量：3

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作者 翟树成 马艳 郑巢生 《中国造船》 EI CSCD 北大核心 2017年第1期1-9,共9页

采用CFD方法开展了大型集装箱船前置预旋导轮参数优选工作。首先参考节能装置母型设计了大型集装箱船的节能导轮参数,并进行了初步建模和水动力评估。随后开展了节能导轮的优选工作,主要针对导叶攻角、导管长度和扩展角三个参数进行了... 采用CFD方法开展了大型集装箱船前置预旋导轮参数优选工作。首先参考节能装置母型设计了大型集装箱船的节能导轮参数,并进行了初步建模和水动力评估。随后开展了节能导轮的优选工作,主要针对导叶攻角、导管长度和扩展角三个参数进行了方案优选,对最终优选方案进行了评估,模型节能效果约为3%,并且预报实船节能效果约为4%,节能效果较好。通过流场分析可知,安装节能装置后,降低了螺旋桨引起的尾流旋转能量损失。项目研究可为大型集装箱船节能导轮设计参数选取提供参考。 展开更多

关键词 CFD 节能导轮 参数研究 节能

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长鳍波动推进流向涡结构PIV试验研究 被引量：3

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作者 张军 白亚强 +2 位作者 翟树成 张国平 徐良浩 《实验流体力学》 CSCD 北大核心 2017年第6期15-21,共7页

鱼类的高效、低噪声、高机动游动为水下航行体推进技术研究提供了很好的启发与借鉴。尼罗河魔鬼鱼依靠长背鳍波动推进,可以在主体基本不变形下巡游,还可以通过改变波动方向敏捷地倒退或前进。对于这种推进模式国内外已经开展了一些仿生... 鱼类的高效、低噪声、高机动游动为水下航行体推进技术研究提供了很好的启发与借鉴。尼罗河魔鬼鱼依靠长背鳍波动推进,可以在主体基本不变形下巡游,还可以通过改变波动方向敏捷地倒退或前进。对于这种推进模式国内外已经开展了一些仿生推进水动力实验研究,对流动涡结构也有一些数值计算研究,但对流动涡结构试验研究开展很少,因而数值计算方法也缺乏充分的验证。本文针对MPF(Median and/or Paired Fin,中央/对鳍)模式长鳍波动推进,采用相位同步PIV技术测量了系泊状态下首、中、尾部及尾流不同相位横截面流场,采用相位平均方法计算获得平均速度场,进一步提取分析了流向涡涡结构特征及其随相位的演变规律,为长鳍波动推进涡结构数值预报和水动力机理揭示提供了试验依据与支撑。 展开更多

关键词 仿生推进 波动鳍 PIV 涡结构 流向涡

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简化伴流中螺旋桨空泡性能数值模拟方法 被引量：1

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作者 翟树成 马艳 +1 位作者 刘登成 洪方文 《船海工程》 北大核心 2022年第5期99-101,共3页

为实现船后螺旋桨空泡性能的快速预报,简化伴流,采用RANS数值模拟方法,结合SST k-ω湍流模型及基于Rayleigh-Plesset方程的空泡输运模型进行螺旋桨空泡性能数值模拟。提取船后标称伴流作为简化伴流方法的入流边界条件,获得空泡形态随桨... 为实现船后螺旋桨空泡性能的快速预报,简化伴流,采用RANS数值模拟方法,结合SST k-ω湍流模型及基于Rayleigh-Plesset方程的空泡输运模型进行螺旋桨空泡性能数值模拟。提取船后标称伴流作为简化伴流方法的入流边界条件,获得空泡形态随桨叶旋转角度的变化特征及空泡诱导脉动压力特征,与船后螺旋桨空泡预报结果及试验结果进行对比分析,均能吻合较好,采用简化伴流方法开展螺旋桨空泡性能预报,可以快速可靠地获得船后螺旋桨空泡性能,提高螺旋桨空泡性能预报效率。 展开更多

关键词 螺旋桨 空泡 脉动压力 RANS方法

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平板湍流边界层流向—法向平面发卡涡的PIV实验研究 被引量：2

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作者 刘璐璐 翟树成 +1 位作者 张国平 张军 《船舶力学》 EI CSCD 北大核心 2016年第1期23-30,共8页

湍流边界层流动精细涡结构的分析对于水下航行体表面减阻乃至降噪机理的深入研究都具有重要意义。文章应用粒子图像测速技术(PIV),对Re_θ=1 743和5 400时的平板湍流边界层的流向一法向平面流场进行了测试研究。一方面,直接对瞬时速度... 湍流边界层流动精细涡结构的分析对于水下航行体表面减阻乃至降噪机理的深入研究都具有重要意义。文章应用粒子图像测速技术(PIV),对Re_θ=1 743和5 400时的平板湍流边界层的流向一法向平面流场进行了测试研究。一方面,直接对瞬时速度场精细涡结构进行提取分析,通过Galilean分解和λ_(ci)准则识别出流向—法向平面中的发卡涡及发卡涡包。研究表明,发卡涡和雷诺应力的分布特征具有高度相关性;发卡涡包产生了流向动量的法向不规则分层分布特征。另一方面,文中通过对500个瞬时速度场子样进行时间平均分析,获得了不同雷诺数下平均速度以及湍流度分量的法向分布规律。此外,文中还对发卡涡的几何尺寸和漩涡强度λ_(ci)进行了统计分析。研究表明,在y^+<50范围内无量纲化的漩涡强度λ_(ci)δ/u_τ沿法向迅速衰减,且在不同雷诺数下变化曲线基本一致;在y^+>50后λ_(ci)δ/u_τ衰减平缓,且低雷诺数下的值较大。 展开更多

关键词 PIV 湍流边界层 发卡涡 涡包 漩涡强度 涡识别

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湍流边界层流向-展向平面中发卡涡的涡迹特征 被引量：2

7

作者 刘璐璐 张军 +1 位作者 翟树成 张国平 《水动力学研究与进展（A辑）》 CSCD 北大核心 2015年第4期376-381,共6页

研究湍流边界层精细流动结构特征,有助于建立流动结构特征与壁面摩阻、流噪声之间的关联,从而为湍流边界层减阻降噪机理的深层次研究奠定基础。该文应用PIV(粒子图像测速)技术,对平板湍流边界层中发卡涡在流向-展向平面的涡迹特征进行... 研究湍流边界层精细流动结构特征,有助于建立流动结构特征与壁面摩阻、流噪声之间的关联,从而为湍流边界层减阻降噪机理的深层次研究奠定基础。该文应用PIV(粒子图像测速)技术,对平板湍流边界层中发卡涡在流向-展向平面的涡迹特征进行研究。利用PIV瞬时速度场,捕捉到明显的低速条带,通过统计分析获得对数层范围低速条带间距随壁面法向距离的变化以及雷诺数的影响规律。同时,通过涡识别准则,提取在流向-展向平面内长低速条带两侧的反向漩涡带,揭示了发卡涡包与长低速条带的内在关系。此外,还研究了流向-展向平面发卡涡涡腿间距随壁面法向距离的变化规律以及雷诺数的影响。 展开更多

关键词 湍流边界层 发卡涡 低速条带 PIV

原文传递

PIV基准流场的评估分析 被引量：2

8

作者 程素斌 翟树成 张怀新 《船舶力学》 EI CSCD 北大核心 2013年第7期722-728,共7页

PIV基准流场是规范PIV流场测试技术和校验流场测试数据的统一标准。文章通过分析PIV流场测试技术的发展及其基准流场技术的发展状况,对PIV基准流场建设方法进行初步研究。应用CFD方法初步评估了HTA及ITTC的建议模型,给出了基准模型周围... PIV基准流场是规范PIV流场测试技术和校验流场测试数据的统一标准。文章通过分析PIV流场测试技术的发展及其基准流场技术的发展状况,对PIV基准流场建设方法进行初步研究。应用CFD方法初步评估了HTA及ITTC的建议模型,给出了基准模型周围流场结果,并与HTA提供的SPIV试验测试结果进行比较分析,对PIV基准流场的方案设计和不确定度分析进行了进一步思考。分析结果为模型标准与测试标准的建设提供了基础。 展开更多

关键词 基准流场 PIV 评估

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机翼湍流尾流Tr-PIV测量分析 被引量：2

9

作者 翟树成 张军 +1 位作者 洪方文 赵峰 《舰船科学技术》 2011年第2期18-23,共6页

采用Tr-PIV(Time-resolved Particle Image Velocimetry)技术对机翼湍流尾流场的非定常现象进行了测量分析。试验获得了流场瞬时速度场的基本结构演化、流场的湍流强度分布、涡量场、雷诺应力场以及湍流空间相关系数;通过功率谱分析对... 采用Tr-PIV(Time-resolved Particle Image Velocimetry)技术对机翼湍流尾流场的非定常现象进行了测量分析。试验获得了流场瞬时速度场的基本结构演化、流场的湍流强度分布、涡量场、雷诺应力场以及湍流空间相关系数;通过功率谱分析对速度场进行了相位分解,获取了相位平均下的湍流积分尺度。基于泰勒冻结假设及采用"以时代空"的方法获得了湍流时间积分尺度,同时直接采用速度场空间相关方法获得湍流空间积分尺度,并对二者作了比较分析,讨论了该假设的适用性。 展开更多

关键词 Tr-PIV 机翼 湍流流场 相关分析

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压力梯度对湍流边界层壁面脉动压力影响的数值模拟分析

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作者 舒礼伟 翟树成 《舰船科学技术》 北大核心 2022年第11期40-43,共4页

通过对非平衡态湍流边界层壁面脉动压力的数值模拟研究,建立有压力梯度下的湍流边界层壁面脉动压力数值模拟方法。通过对不同厚度分布的翼型表面的湍流边界层模拟,获得不同压力梯度模型的壁面脉动压力特征。采用湍流边界层参数对脉动压... 通过对非平衡态湍流边界层壁面脉动压力的数值模拟研究,建立有压力梯度下的湍流边界层壁面脉动压力数值模拟方法。通过对不同厚度分布的翼型表面的湍流边界层模拟,获得不同压力梯度模型的壁面脉动压力特征。采用湍流边界层参数对脉动压力频谱进行归一化处理,其频谱特征与试验结果吻合较好。对湍流壁面脉动压力的频率-波数谱进行分析,获得了显著的湍流传输特征。随着不同模型压力梯度的增加,在波数峰脊附近的谱级增加幅值为3 dB。此数值模拟方法可为复杂工况下的湍流边界层壁面脉动压力的数值研究提供技术支撑。 展开更多

关键词 压力梯度 湍流边界层 湍流脉动压力 频率-波数谱

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长鳍波动推进水动力效率计算分析 被引量：1

11

作者 苏博越 白亚强 +1 位作者 张军 翟树成 《水动力学研究与进展（A辑）》 CSCD 北大核心 2019年第5期577-584,共8页

"尼罗河魔鬼"鱼在保持身体不变形的情况下依靠其长背鳍波动推进实现直线巡游,通过改变波动传播方向,即可实现前进或后退。鉴于其独特的优点,长鳍波动推进成为仿生推进研究重要的推进模式之一。目前对这种仿生推进模式的水动... "尼罗河魔鬼"鱼在保持身体不变形的情况下依靠其长背鳍波动推进实现直线巡游,通过改变波动传播方向,即可实现前进或后退。鉴于其独特的优点,长鳍波动推进成为仿生推进研究重要的推进模式之一。目前对这种仿生推进模式的水动力学研究还相对较少,已有的一些研究工作中相当一部分还不涉及推进效率。该文通过数值计算,对柔性长鳍波动推进的水动力和推进效率进行研究。该研究对于长鳍沿轴向各部分鳍面的输入功率的要求及其对总推力的贡献分析具有参考价值。 展开更多

关键词 半波动长鳍 数值计算 推进效率

原文传递

船舶螺旋桨模型表面流动形态分析

12

作者 洪方文 郑巢生 +1 位作者 翟树成 陆芳 《水动力学研究与进展（A辑）》 CSCD 北大核心 2022年第6期789-795,共7页

流动形态观测是流体力学实验测量的一项重要内容,其可用于水动力作用机理、流场特性和特征分析,以及流动数值模拟的准确性验证。该文对船舶螺旋桨模型表面流动形态,及其与水动力的联系进行了概括。通过油流显示,螺旋桨模型叶片表面主要... 流动形态观测是流体力学实验测量的一项重要内容,其可用于水动力作用机理、流场特性和特征分析,以及流动数值模拟的准确性验证。该文对船舶螺旋桨模型表面流动形态,及其与水动力的联系进行了概括。通过油流显示,螺旋桨模型叶片表面主要包含三种流动形态:径向为主的流动、周向为主的流动以及两者之间的过渡流动。这三种流动形态与叶片表面的流动状态相关,径向为主流动处于层流区,周向为主的流动处于湍流区,过渡流动为转捩区或流动分离区。螺旋桨的水动力与叶片表面流动状态相关,在螺旋桨设计中要高精度预报水动力,必须使用能够同时模拟层流和湍流的数值方法。 展开更多

关键词 螺旋桨 流动形态 油膜试验 CFD

原文传递

船艏侧推槽道涡流与水动力性能数值模拟研究

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作者 翟树成 陈雷强 +2 位作者 赵强 刘登成 洪方文 《水动力学研究与进展（A辑）》 CSCD 北大核心 2024年第1期35-40,共6页

该文基于CFD方法研究了船舶侧推器槽道开孔深度对船体阻力的影响。侧推槽道一般位于船艏,与来流方向垂直。由于流动分离作用,槽道内外会形成旋涡流动,此旋涡流动的稳定性对船体的阻力产生了一定的影响。该文采用RANS方法研究了不同侧推... 该文基于CFD方法研究了船舶侧推器槽道开孔深度对船体阻力的影响。侧推槽道一般位于船艏,与来流方向垂直。由于流动分离作用,槽道内外会形成旋涡流动,此旋涡流动的稳定性对船体的阻力产生了一定的影响。该文采用RANS方法研究了不同侧推槽道深度下槽道内外旋涡的流动特征,并分析了船体阻力的变化规律。研究表明:当侧推槽道开孔深度与开孔直径比达到0.4时,船体阻力增加超过1%,船体阻力增量达到最大;当继续增加槽道深度时,船体阻力增量下降。通过流场关联性分析也可以发现,槽道内部涡流的稳定性及多涡流间的干扰也是造成船体阻力增加的一个因素。该研究成果可为船体艏部侧推器的槽道设计提供技术参考。 展开更多

关键词 侧推 CFD 流动干扰 涡识别

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静水中长鳍扭波推进的水动力数值研究 被引量：4

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作者 白亚强 张军 +1 位作者 丁恩宝 翟树成 《水动力学研究与进展（A辑）》 CSCD 北大核心 2016年第4期402-408,共7页

长鳍扭波推进是一种典型的鱼类游动方式,具有高效、低噪、机动灵活等一系列优点。该文以"尼罗河魔鬼"鱼为仿生研究对象,采用弹性光顺法和局部网格重划法的动网格技术对大摆幅的长鳍扭波推进运动流场进行了数值计算研究,鳍条... 长鳍扭波推进是一种典型的鱼类游动方式,具有高效、低噪、机动灵活等一系列优点。该文以"尼罗河魔鬼"鱼为仿生研究对象,采用弹性光顺法和局部网格重划法的动网格技术对大摆幅的长鳍扭波推进运动流场进行了数值计算研究,鳍条最大摆幅高达85°,对长鳍扭波推进在系泊状态下的水动力进行了研究,并与试验结果进行了比较验证。数值分析了鳍面压力分布及其随相位的变化,以及与推力产生的关联,并分析了长鳍扭波推力随扭波频率的变化,研究表明,系泊状态下,推力系数不随频率而改变。 展开更多

关键词 仿生推进 扭波推进 柔性长鳍 数值计算

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转捩模型在螺旋桨数值计算中的应用 被引量：2

15

作者 洪方文 张志荣 +2 位作者 刘登成 郑巢生 翟树成 《船舶力学》 EI CSCD 北大核心 2021年第4期393-398,共6页

螺旋桨敞水性能数值计算是船舶快速性能分析的基础,其计算精度对船舶快速性预报的准确度至关重要,湍流模型的选用是保证螺旋桨敞水性能计算精度的关键。本文利用k-ωSST湍流模型和γ-Reθ转捩模型对螺旋桨敞水性能进行了计算。结果表明... 螺旋桨敞水性能数值计算是船舶快速性能分析的基础,其计算精度对船舶快速性预报的准确度至关重要,湍流模型的选用是保证螺旋桨敞水性能计算精度的关键。本文利用k-ωSST湍流模型和γ-Reθ转捩模型对螺旋桨敞水性能进行了计算。结果表明,在模型尺度下螺旋桨叶片表面流动的相当一部分还保持着层流状态,带有转捩能力的湍流模型对这类流动具有更强的模拟能力。 展开更多

关键词 转捩湍流模型 数值计算 螺旋桨敞水性能

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冰阻塞诱导的连体涡空泡及其发生机理分析 被引量：1

16

作者 薛庆雨 武珅 +1 位作者 顾湘男 翟树成 《中国舰船研究》 CSCD 北大核心 2020年第5期90-95,共6页

[目的]连体涡空泡会导致螺旋桨诱导船体激振力急剧上升。因破冰船螺旋桨的负荷通常较大,再加之浮冰阻塞的复杂影响,发生连体涡空泡的风险较高,需要对其作用机理予以探索性的分析。[方法]在大型空泡水筒中开展机理性试验,并结合数值模拟... [目的]连体涡空泡会导致螺旋桨诱导船体激振力急剧上升。因破冰船螺旋桨的负荷通常较大,再加之浮冰阻塞的复杂影响,发生连体涡空泡的风险较高,需要对其作用机理予以探索性的分析。[方法]在大型空泡水筒中开展机理性试验,并结合数值模拟手段,引入“皮鲁埃特效应”对连体涡空泡周围的流场进行详细研究。[结果]结果显示:当冰模型下端面至螺旋桨轴中心的距离H为桨模型直径D的0.25倍时,调节冰模型与螺旋桨的轴向位置可以诱发连体涡空泡;当H=0.5D时,连体涡空泡始终未发生。[结论]分析表明,较强的水动力相互作用、涡系结构以及“皮鲁埃特效应”是冰阻塞作用下螺旋桨连体涡空泡形成的机理。 展开更多

关键词 冰阻塞 连体涡空泡 涡系结构 皮鲁埃特效应

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循环水槽扩散减速段流动分离风险数值评估研究

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作者 翟树成 彭晓星 +1 位作者 樊晓冰 洪方文 《水动力学研究与进展（A辑）》 CSCD 北大核心 2022年第6期783-788,共6页

该文针对循环水槽扩散段开展了结构扩展角参数设计,采用CFD方法评估分析了其流动分离风险,并给出了建议设计值。此外,还通过填角的方式削弱了扩散段横截面内的回流,提高了扩散段内部流场的均匀性。该研究成果及评估方法可为循环水槽的... 该文针对循环水槽扩散段开展了结构扩展角参数设计,采用CFD方法评估分析了其流动分离风险,并给出了建议设计值。此外,还通过填角的方式削弱了扩散段横截面内的回流,提高了扩散段内部流场的均匀性。该研究成果及评估方法可为循环水槽的结构设计提供相关技术参考。 展开更多

关键词 循环水槽 扩散段 填角 CFD

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带前置预旋导轮的螺旋桨空泡脉动压力数值模拟研究

18

作者 翟树成 刘登成 韩用波 《船舶力学》 EI CSCD 北大核心 2021年第10期1292-1301,共10页

本文基于非定常粘性RANS方法结合Schnerr-Sauer空泡模型,建立了船后螺旋桨空泡脉动压力数值预报方法,并开展了数值方法的不确定度分析;然后采用ITTC'78自航预报规程结合CFD方法预报了带前置预旋导轮的节能效果,开展了安装节能导轮... 本文基于非定常粘性RANS方法结合Schnerr-Sauer空泡模型,建立了船后螺旋桨空泡脉动压力数值预报方法,并开展了数值方法的不确定度分析;然后采用ITTC'78自航预报规程结合CFD方法预报了带前置预旋导轮的节能效果,开展了安装节能导轮后的螺旋桨空泡脉动压力预报研究;对比分析了有无节能装置时的螺旋桨叶表面空泡形态及1阶和2阶船体脉动压力。研究表明,在本实例中安装节能装置后的1阶和2阶脉动压力分别下降了33%和20%,而桨叶表面空泡面积也有所下降。 展开更多

关键词 螺旋桨空泡 CFD 脉动压力 节能装置

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