1 引言

螺旋槳是應(yīng)用最為廣泛的船用推進(jìn)器，螺旋槳水動(dòng)力性能對于船舶推進(jìn)性能起著至關(guān)重要的作用。目前，通常采用敞水試驗(yàn)確定螺旋槳水動(dòng)力性能。隨著計(jì)算機(jī)輔助軟件的快速發(fā)展與流體動(dòng)力學(xué)數(shù)學(xué)模型的深入研究，基于CFD法的數(shù)值模擬被廣泛應(yīng)用于螺旋槳前期性能優(yōu)化與后期結(jié)合試驗(yàn)的螺旋槳水動(dòng)力性能預(yù)報(bào)。

客觀而言，當(dāng)前我國刑法所維持的起刑點(diǎn)，由于并沒有使得各種法益得到完整而有效的保護(hù)，最終會(huì)導(dǎo)致刑法保護(hù)的有效性虛假、預(yù)防效果缺失以及法律權(quán)威與信譽(yù)的喪失等。

基于CFD法的螺旋槳數(shù)值模擬中，不同的計(jì)算域、網(wǎng)格劃分、邊界層設(shè)定、物理模型的選擇等直接影響螺旋槳水動(dòng)力性能計(jì)算結(jié)果。本文主要采用旋轉(zhuǎn)參考坐標(biāo)系法(MRF)，以VP1304螺旋槳為例對CFD法計(jì)算模式進(jìn)行說明，并與敞水試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較，以驗(yàn)證該模式下的CFD法螺旋槳數(shù)值模擬結(jié)果滿足精度要求，可用于螺旋槳水動(dòng)力性能預(yù)報(bào)。

2 VP1304螺旋槳水動(dòng)力性能計(jì)算結(jié)果與分析

2.1 主尺度

VP1304螺旋槳（圖1）為SVA水池公開敞水試驗(yàn)性能的槳模，其主要尺度如表1所列[4]。

表1 VP1304螺旋槳主尺度

直徑D（m） 0.25螺距比(r/R=0.7)P0.7/D 1.635盤面比AE/A0 0.778 96弦長(r/R=0.7)c0.7(m) 0.104 17槳轂比dh/D 0.3槳葉數(shù)Z 5旋轉(zhuǎn)方向 右旋側(cè)斜角θ(°) 18.837轉(zhuǎn)速n（r/min） 15

圖1 螺旋槳幾何模型

2.2 計(jì)算前處理工作

2.2.1 計(jì)算域

歷經(jīng)60年多的開發(fā)建設(shè)，截止至2010年，墾區(qū)已累計(jì)生產(chǎn)糧食2 434億kg，共累計(jì)向國家交售商品糧1 836億kg，為維護(hù)國家糧食安全作出了重要貢獻(xiàn)[1]。2011年黑龍江墾區(qū)糧食總產(chǎn)為203.5億kg，比2010年增產(chǎn)21.9億kg，連續(xù)第8年實(shí)現(xiàn)歷史性突破。由此可見，黑龍江墾區(qū)在黑龍江省乃至全國糧食生產(chǎn)中具有極其重要的戰(zhàn)略地位。黑龍江墾區(qū)糧食總產(chǎn)及相關(guān)情況變動(dòng)表如表1所示。

螺旋槳計(jì)算域（縱向）如圖2所示。速度進(jìn)口處距離螺旋槳原點(diǎn)5D；出口處距離螺旋槳原點(diǎn)10D；各周界距離螺旋槳原點(diǎn)3D；螺旋槳旋轉(zhuǎn)域直徑為1.3D。

圖2 計(jì)算域范圍

2.2.2 網(wǎng)格劃分及邊界層設(shè)置

計(jì)算域基本網(wǎng)格尺寸為8 mm。螺旋槳槳葉邊界細(xì)化網(wǎng)格，設(shè)置為5%基本網(wǎng)格；槳葉面細(xì)化網(wǎng)格，設(shè)置為25%基本網(wǎng)格；遠(yuǎn)場進(jìn)口、出口、周界網(wǎng)格設(shè)置為1 500倍基本網(wǎng)格。

螺旋槳水動(dòng)力性能的正確模擬依賴于計(jì)算域網(wǎng)格與邊界層網(wǎng)格的合理劃分，尤其是近壁面處邊界層網(wǎng)格的合理評估會(huì)大大影響螺旋槳數(shù)值模擬的正確性。

以近壁面函數(shù)近似預(yù)估近壁面邊界層厚度及層數(shù)。

引入速度和距壁面垂向距離無因次量：

式中，y+為距離無因次量；U*為速度無因次量；y為距壁面垂向距離；v為水的運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)；πw為壁面剪切力；ρ為水密度。

壁面剪應(yīng)力πw可由下式確定：

將樣品勻漿，裝入色差計(jì)樣品杯中，置于色差計(jì)上采用鏡面反射模式從不同角度分別測定其L*，a*，b*值[12]。

例如，在對“兒”“回”“小”“大”“少”等基礎(chǔ)漢字進(jìn)行學(xué)習(xí)時(shí)，教師可以通過多媒體將老人回家鄉(xiāng)的視頻播放給學(xué)生看，并將《回鄉(xiāng)偶書》這一首古詩附到上面，基于此來引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)基礎(chǔ)漢字，之后在進(jìn)行書寫，比賽誰寫的更快更準(zhǔn)確。接著教師講解故事里面所包含的字詞，有一點(diǎn)要注意，教師進(jìn)行講解時(shí)一定要有所側(cè)重，重點(diǎn)講解基礎(chǔ)字詞。通過上面的流程可以發(fā)現(xiàn)，如此教學(xué)方式非常符合小學(xué)生的心理特征需要，可以使他們的學(xué)習(xí)積極性得到調(diào)動(dòng)，并讓生字和事物間的聯(lián)系得到加強(qiáng)，同時(shí)也讓學(xué)生的識(shí)字和寫字能力得到加強(qiáng)。

式中：U為遠(yuǎn)場來流速度；Cf為壁面摩擦阻力系數(shù)：

式中：Re為螺旋槳雷諾數(shù)：

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在當(dāng)前信息社會(huì)中所扮演的角色非常重要，如今，已經(jīng)被運(yùn)用到了社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域，網(wǎng)絡(luò)信息化也是農(nóng)機(jī)安全監(jiān)理工作的重要組成部分。像農(nóng)機(jī)監(jiān)理辦證局域網(wǎng)、服務(wù)器、程序運(yùn)行以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等都需要網(wǎng)絡(luò)的支持，運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)，農(nóng)機(jī)監(jiān)理工作很好的實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)集中管理，提升了農(nóng)機(jī)監(jiān)理辦證業(yè)務(wù)的效率。除此之外，農(nóng)機(jī)監(jiān)理部門還要將與監(jiān)理相關(guān)的法律法規(guī)、規(guī)章制度、培訓(xùn)內(nèi)容以及事故處理等放在農(nóng)機(jī)平臺(tái)上。這樣，農(nóng)機(jī)使用者就可以直接在平臺(tái)上下載自己所需的內(nèi)容。

式中：C0.7為0.7R處葉切面弦長；VA為來流速度；n為螺旋槳轉(zhuǎn)速；v為水的運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)[1]。

由于螺旋槳槳模雷諾數(shù)較小，以初始y+=1計(jì)算近壁面第一層網(wǎng)格中心距壁面距離；以厚度增長率為1.3，計(jì)算邊界層層數(shù)m=5和m=10時(shí)邊界層厚度。

根據(jù)以上網(wǎng)格尺度及邊界層厚度、層數(shù)劃分計(jì)算域網(wǎng)格。螺旋槳葉面網(wǎng)格如圖3所示，螺旋槳周界面網(wǎng)格如圖4所示，邊界層層數(shù)為5層及10層時(shí)邊界層細(xì)化網(wǎng)格如圖5、圖6所示。

圖3 VP1304螺旋槳葉面網(wǎng)格

圖4 VP1304 螺旋槳周界網(wǎng)格

圖5 界層為5層時(shí)邊界層網(wǎng)格

圖6 界層為10層時(shí)邊界層網(wǎng)格

2.2.3 湍流模型及邊界條件

湍流模型采用k-ε模型，邊界層選用壁面函數(shù)法；速度進(jìn)口速度值VA=J·n·D[3]；旋轉(zhuǎn)域添加旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)，旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)速度為螺旋槳轉(zhuǎn)速n；計(jì)算域進(jìn)口、出口、周界邊界條件，分別為速度進(jìn)口、壓力出口、對稱平面。

2.3 計(jì)算結(jié)果及分析

計(jì)算不同進(jìn)速系數(shù)、不同邊界層層數(shù)和厚度下，螺旋槳的推力系數(shù)KT、扭矩系數(shù)KQ及效率ηo。數(shù)值模擬結(jié)果及與試驗(yàn)值的誤差，如表2～表4所列：層層數(shù)和厚度下計(jì)算結(jié)果不同；比較不同進(jìn)速系數(shù)J的計(jì)算結(jié)果可知，在相同的估算方法下，邊界層為5層時(shí)螺旋槳水動(dòng)力性能計(jì)算精度優(yōu)于邊界層為10層時(shí)計(jì)算結(jié)果；另外，邊界層為5層時(shí)螺旋槳推力系數(shù)、扭矩系數(shù)、效率的計(jì)算誤差均小于4%，均在工程允許范圍內(nèi)。

表2 推力系數(shù)KT計(jì)算結(jié)果

J 試驗(yàn)值EFD CFD計(jì)算值 誤差(%)m=5 m=10 m=5 m=10 0.1334 0.9041 0.8893 0.8971 -1.6415 -0.7711 0.4006 0.7442 0.75680.7595 1.6980 2.0615 0.6676 0.5854 0.58290.5875 -0.4235 0.3589 0.9314 0.4297 0.43390.4190 0.9695 -2.4967 1.3308 0.2082 0.20660.1818 -0.7862-12.6795

表3 扭矩系數(shù)10＊KQ計(jì)算結(jié)果

CFD計(jì)算值 誤差(%)m=5 m=10 m=5 m=10 0.1334 1.9529 1.9565 1.9617 0.1818 0.4492 0.4006 1.6158 1.6779 1.6911 3.8448 4.6597 0.6676 1.3251 1.3293 1.3566 0.3200 2.3742 0.9314 1.0493 1.0546 1.0426 0.5033 -0.6424 1.3308 0.6300 0.6175 0.5828 -1.9791 -7.4975 J 試驗(yàn)值EFD

3 某集裝箱船實(shí)槳水動(dòng)力性能分析

表4 效率ηo計(jì)算結(jié)果

m=5 m=10 m=5 m=10 0.1334 0.0980 0.0965 0.0971 -1.568 4-0.9617 0.4006 0.2940 0.2875 0.2862 -2.222 5-2.6371 0.6676 0.4690 0.4657 0.4600 -0.697 0-1.9250 0.9314 0.6070 0.6096 0.5955 0.431 2 -1.8982 1.3308 0.7000 0.7082 0.6605 1.170 5 -5.6454 J EFD J 試驗(yàn)值EFD CFD計(jì)算值 誤差(%)m=5 m=10 m=5 m=10 0.1334 0.0980 0.0965 0.0971 -1.568 4-0.9617 0.4006 0.2940 0.2875 0.2862 -2.222 5-2.6371 0.6676 0.4690 0.4657 0.4600 -0.697 0-1.9250 0.9314 0.6070 0.6096 0.5955 0.431 2 -1.8982 1.3308 0.7000 0.7082 0.6605 1.170 5 -5.6454

3.1 螺旋槳幾何尺度

某集裝箱船螺旋槳幾何尺度如表5。

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，分別繪制壁面邊界層為m=5和m=10層時(shí)，螺旋槳水動(dòng)力性能曲線，如圖7、圖8所示。

表5 螺旋槳幾何尺度

直徑D(m) 0.244螺距比(r/R=0.7)P0.7/D 1.004 2盤面比AE/A0 0.66弦長(r/R=0.7)c0.7(m) 1.989 76槳轂比dh/D 0.343 7槳葉數(shù)Z 5旋轉(zhuǎn)方向 右旋側(cè)斜角θ(°) 36轉(zhuǎn)速 n（rps） 18.5

圖7 m=5時(shí)螺旋槳水動(dòng)力性能曲線

在CATIA中建立螺旋槳槳模幾何模型，如圖9所示。

圖9 螺旋槳幾何模型

圖8 m=10時(shí)螺旋槳水動(dòng)力性能曲線

3.2 計(jì)算前處理工作

該螺旋槳槳模尺度與VP1304槳相近，計(jì)算域、網(wǎng)格尺度、湍流模型等設(shè)置與VP1304槳相同。根據(jù)VP1304槳計(jì)算結(jié)果精度，該螺旋槳邊界層按層數(shù)m=5估算近壁面邊界層厚度。根據(jù)網(wǎng)格尺度及邊界層要求，該螺旋槳網(wǎng)格劃分如圖10、圖11所示，邊界層網(wǎng)格如圖12所示。

根據(jù)相關(guān)參數(shù)繪制枯水期煤電機(jī)組需求曲線，其中橫軸代表非強(qiáng)制容量，縱軸代表非強(qiáng)制容量價(jià)格。根據(jù)相關(guān)參數(shù)確定A、B兩個(gè)點(diǎn)，然后A點(diǎn)與X軸平行畫一條線，B點(diǎn)與縱軸平行畫一條線，連接A、B即得出可靠性備用需求曲線如圖4所示。其中目標(biāo)容量水平在A點(diǎn)。其中A點(diǎn)為當(dāng)年枯水期煤電必開機(jī)組的容量和固定成本，B點(diǎn)為可用機(jī)組的容量和可用機(jī)組的維持成本。

比較CFD數(shù)值模擬結(jié)果與繪制的螺旋槳水動(dòng)力性能曲線可以得到：相同的基本網(wǎng)格尺寸、計(jì)算域范圍、湍流模型、邊界條件、壁面模型下，不同的壁面邊界

圖10 某集裝箱船螺旋槳槳葉細(xì)化網(wǎng)格

圖11 某集裝箱船螺旋槳周界網(wǎng)格

圖12 螺旋槳邊界層網(wǎng)格

3.3 計(jì)算結(jié)果及分析

該螺旋槳不同進(jìn)速系數(shù)下，數(shù)值模擬結(jié)果如表6所示。

表6 螺旋槳水動(dòng)力性能數(shù)值模擬結(jié)果

CFD 試驗(yàn)值 誤差（%）J KT 10*KQ KT 10*KQ KT 10*KQ 0.4 0.3329 0.4934 0.4294 0.3214 0.4700 0.4350 3.5756 4.9757 -1.2964 0.5 0.2806 0.4277 0.5218 0.2725 0.4103 0.5280 2.9734 4.2486 -1.1672 0.6 0.2277 0.3621 0.6001 0.2232 0.3497 0.6090 2.0009 3.5583 -1.4636 0.7 0.1741 0.2953 0.6563 0.1735 0.2868 0.6740 0.3230 2.9791 -2.6233 0.8 0.1197 0.2241 0.6801 0.1230 0.2203 0.7110 -2.6484 1.7143 -4.3427

繪制的螺旋槳水動(dòng)力性能曲線，如圖13所示。

圖13 螺旋槳性能曲線

該集裝箱船在設(shè)計(jì)吃水下，通常對應(yīng)螺旋槳敞水試驗(yàn)進(jìn)速的范圍為J=0.6～0.7。由表6可知：在進(jìn)速J=0.6～0.7時(shí)，螺旋槳推力系數(shù)、扭矩系數(shù)、效率的CFD數(shù)值模擬結(jié)果的誤差均小于4%（工程允許誤差為5%）；在進(jìn)速系數(shù)J=0.4、0.5、0.8時(shí)，其CFD計(jì)算誤差均小于5%，均在工程可接受范圍內(nèi)。

根據(jù)該螺旋槳計(jì)算結(jié)果，進(jìn)一步驗(yàn)證了在該計(jì)算域范圍、網(wǎng)格尺度設(shè)置、邊界層層數(shù)和厚度設(shè)置下，CFD法適用于螺旋槳水動(dòng)力性能預(yù)報(bào)，計(jì)算誤差在工程允許范圍之內(nèi)。

比較SVA VP1304槳CFD水動(dòng)力性能數(shù)值模擬精度與該槳數(shù)值模擬精度，可發(fā)現(xiàn)該螺旋槳數(shù)值模擬結(jié)果比VP1304槳數(shù)值模擬結(jié)果稍差，其主要原因是螺旋槳幾何建模的差異與槳轂流體導(dǎo)入處的幾何差異[4-5]。

4 結(jié)論

通過比較SVA VP1304槳和某集裝箱船螺旋槳的CFD計(jì)算結(jié)果與敞水試驗(yàn)值，可以得到如下結(jié)論：

（1） CFD法適用于螺旋槳水動(dòng)力性能預(yù)報(bào)；

“安全教育”不該是給孩子樹立一道隔絕世界的厚厚的墻，而是幫助孩子打開心里的那雙眼睛。讓他們明白哪些是危險(xiǎn)的環(huán)境，怎樣是不舒服的感覺，以及可以如何求助避免。這才是安全教育的真正核心所在。

（2） 合理的計(jì)算域范圍、網(wǎng)格尺寸、邊界層層數(shù)和厚度、湍流模型等，可提高數(shù)值模擬計(jì)算精度。按本文提出的各項(xiàng)設(shè)置，CFD計(jì)算結(jié)果均滿足工程精度要求，可用于螺旋槳敞水性能預(yù)報(bào)；

從田埂交叉點(diǎn)檢測的精度分析可見，對于地表上無明顯投影差的特征地物使用GoodyGIS衛(wèi)星影像進(jìn)行矢量化測圖能夠滿足公路1∶2 000地形圖測量精度要求。

我們應(yīng)該看到，峰會(huì)后的青島對于國內(nèi)游客的吸引力相當(dāng)明顯，峰會(huì)之后的小長假可作有力例證：共接待游客409.44萬人次，同比增長35.8%，實(shí)現(xiàn)旅游消費(fèi)總額92.63億元，同比增長22.71%。其中，海濱風(fēng)景區(qū)接待游客數(shù)量較去年增長31%，6月17日和18日增長都超過了100%。為了觀看上合“燈光秀”，五四廣場周邊聚集的市民、游客更是超過8萬人。大量五星級(jí)酒店，高端民宿等入住率也達(dá)到100%，體現(xiàn)了峰會(huì)城市強(qiáng)勁的“旅游動(dòng)力”。然而，在這些熱情的游客當(dāng)中，真正的國際游客比例卻并不高。因此，峰會(huì)的國際旅游效應(yīng)遠(yuǎn)未顯現(xiàn)。筆者認(rèn)為，在后峰會(huì)時(shí)代提升青島國際旅游競爭力，需要從以下幾個(gè)方面入手：

（3） CFD敞水試驗(yàn)?zāi)M誤差，主要源于螺旋槳幾何模型、近壁面邊界層估算、湍流模型選擇等。本文后續(xù)可進(jìn)一步探討采用其它湍流模型，如k-ω湍流模型、雷諾應(yīng)力方程模型等。另外，螺旋槳幾何模型對模擬結(jié)果有一定影響，后續(xù)需進(jìn)一步加以研究。

參考文獻(xiàn)

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