[案例分析]STARCCM+入门系列：开放水域中船用螺旋桨的仿真

1、问题描述

本教程介绍如何模拟船用螺旋桨在开放水域中的工作过程。螺旋桨置于一个如下所示的虚拟水池中。螺旋桨是一个可变螺距螺旋桨，在前缘和尾缘处的桨毂和螺旋桨叶片之间有一个 0.3 mm 的间隙，在模拟中保持此间隙。使用 MRF 对螺旋桨的旋转建模。本仿真中螺旋桨直径为0.25m。螺旋桨转速为15 rps。

2、STAR-CCM+设置

（1）在使用MRF 对螺旋桨的运动建模。起始模拟文件包含两个区域，一个用于旋转的螺旋桨，另一个用于静态流体域。使用拉伸网格模型来扩展静态区域。

（2）将为旋转区域及其周围使用切割体网格生成器网格模型。使用拉伸网格网格生成器网格化轴周围的静态区域，因为这样可以最大程度地降低计算成本。本案例采用的网格化策略采用基于零部件的网格化（PBM）方法。这种网格化策略在几何零部件上执行网格操作生成流程；因此，用户可对输入零部件进行修改，并通过生成流程将变化传输到体网格。拉伸网格也是生成流程操作的一部分。右键单击Geometry > Operations节点，选择New > Mesh > Automated Mesh，在生成的对话框中，选择网格重构，切割体网格单元，棱柱层网格。

（3）右键点击Operations > Automated Mesh > Custom Controls，选择New > Surface，Curve Control.对螺旋桨叶片进行细网格细化。最终网格设置如下：
（4）右键单击Geometry > Operations 节点，选择 New > Surface Preparation  > Surface Extruder.。利用此功能对进出口流体域进行拉伸，进出口拉伸距离分别为1m和3m。最终体网格如下图：

（5）在新创建区域的边界上对入口、出口、壁面和对称边界条件进行定义。入口为速度进口，出口为压力出口，拉伸的远场壁面设置为对称平面边界条件。进口流体速度 VA作为流体域中的一个初始条件。在此稳态模拟中，使用两个场函数J 和 i 来指定J 值的范围。场函数 i 指定J 值变化的迭代。在本案例中，J的起始值是0.6。 J 值每迭代501 次增加 0.2。对于每个 J 值，此迭代次数已足以让求解收敛。通过定义场函数来定义出螺旋桨进口的进速系数。

（6）创建性能报告。螺旋桨性能数据包括前进系数、推力系数、扭矩系数和敞水效率。利用自定义场函数定义出四个变量，进行仿真，最终四个数据与实验结果的对比如下： 螺旋桨仿真性能与实验性能的对比
螺旋桨压力分布

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