螺旋槳流固耦合

1、復(fù)合材料螺旋槳流固耦合復(fù)合材料螺旋槳流固耦合張勝研究目的及意義 由于材料性質(zhì)的變化，螺旋槳的流固耦合已成為必由于材料性質(zhì)的變化，螺旋槳的流固耦合已成為必 須考慮的問題之一須考慮的問題之一常規(guī)材料螺旋槳常規(guī)材料螺旋槳的困擾：噪聲、腐蝕、疲勞壽命等的困擾：噪聲、腐蝕、疲勞壽命等復(fù)合材料的優(yōu)異性能：易成型、易維修、輕質(zhì)、比復(fù)合材料的優(yōu)異性能：易成型、易維修、輕質(zhì)、比強(qiáng)度大、比剛度高、良好阻尼性能強(qiáng)度大、比剛度高、良好阻尼性能復(fù)合材料螺旋槳的應(yīng)用意大利黑鯊魚雷碳纖維螺旋槳 美國 MK54 魚雷螺旋槳德國 206A 潛艇復(fù)合材料螺旋槳德國 212A 潛艇復(fù)合材料螺旋槳流固耦合原理基本概念基本概念Part

2、 1 在力學(xué)領(lǐng)域中滲流場與應(yīng)力場在力學(xué)領(lǐng)域中滲流場與應(yīng)力場的耦合的耦合作用作用，又被稱之為又被稱之為“流一固流一固耦合耦合作用作用”。 它它研究變形固體在流場作用下的各種行為以研究變形固體在流場作用下的各種行為以及固體位形對(duì)流場影響這二者及固體位形對(duì)流場影響這二者的的相互作用相互作用 v 流固耦合控制方程流固耦合控制方程Part 2 在流固耦合交界面處應(yīng)滿足流體與固體應(yīng)力在流固耦合交界面處應(yīng)滿足流體與固體應(yīng)力( () )、位移、位移(d )(d )、熱流量、熱流量(q)(q)、溫度、溫度(T )(T )等變量等變量的相等或守恒，即滿足如下的相等或守恒，即滿足如下4 4個(gè)方程個(gè)方程：v 流固耦合

3、解法流固耦合解法Part 3 1）直接耦合式解法 通過把流體和固體的控制方程耦合到同一個(gè)方程矩陣中進(jìn)行求解,即在同一求解器中同時(shí)求解流體和固體的控制方程。 k表示迭代時(shí)間步, 、 和 分別表示流場的系統(tǒng)矩陣、未知參數(shù)和外部作用力。fBffAkfXv2）分離解法 按設(shè)定順序在同一求解器或者不同的求解器中分別求解流體控制方程和固體控制方程，通過流體和固體的交界面(FS Interface)把流體域和固體域的計(jì)算結(jié)果互相交換傳遞。待達(dá)到收斂標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行下一時(shí)刻的計(jì)算，依次求得最終結(jié)果。流固耦合分析案例流固耦合分析案例Part 4 廠房四季暖通分析排風(fēng)扇受力分析 圓形劇場通風(fēng)設(shè)計(jì)和分析黃蜂飛機(jī)氣動(dòng)模擬研

4、究本文研究對(duì)象 以以VP1304VP1304槳作為研究對(duì)象，螺旋槳主要幾何參槳作為研究對(duì)象，螺旋槳主要幾何參數(shù)如數(shù)如下下表所示表所示：流固耦合相關(guān)軟件-CFD-CFD CFD系列軟件包含三個(gè)子軟件：CFD-GEOM、CFD-ACE+、CFD-VIEW。 1）CFD-GEOM為CFD軟件中的前處理軟件，運(yùn)用該軟件，可以進(jìn)行物理模型的建立，網(wǎng)格的劃分。 2）CFE-ACE+軟件是求解軟件，主要進(jìn)行模塊的選擇，邊界條件的確定，以及求解控制變量的設(shè)定等，然后通過其內(nèi)部迭代求解控制方程輸出計(jì)算結(jié)果文件。 3）CFD-VIEW主要對(duì)求解后的輸出文件進(jìn)行可視化分析，得到物理場的相關(guān)物理量及參數(shù)。本文思路 選

5、擇三種選擇三種不同的不同的材料進(jìn)行研究材料進(jìn)行研究，利用，利用CFCFD D系列軟件對(duì)其流固耦合，比較分析受力變系列軟件對(duì)其流固耦合，比較分析受力變形。材料屬性如下表所示：形。材料屬性如下表所示：3/kgm 材料A為螺旋槳常用材料鎳鋁青銅；材料B為玻璃纖維，材料C為樹脂纖維建模和網(wǎng)格劃分 利用CFD軟件中的前處理軟件CFD-GEOM，進(jìn)行物理模型的建立，網(wǎng)格的劃分。螺旋槳流固耦合結(jié)果分析槳葉最大變形數(shù)值結(jié)果當(dāng) n = 900 r/ min和 J = 0.482時(shí)，槳葉變形云圖 結(jié)論 材料屬性是影響螺旋槳流固耦合特性的關(guān)鍵性因材料屬性是影響螺旋槳流固耦合特性的關(guān)鍵性因素之一，流固耦合對(duì)鎳鋁青銅螺旋槳性能的影響較小，素之一，流固耦合對(duì)鎳鋁青銅螺旋槳性能的影響較小，但對(duì)纖維材料螺旋槳的影響不可忽視但對(duì)纖維材料螺旋槳的