基于熵产理论的导管桨流动损失特性
作者:宋科; 杨邦成
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[目的]通过求解雷诺时均的N-s方程,结合熵产生理论,从能量法的角度分析导向螺旋桨的流量损失特性,以准确定位导向螺旋桨在运行过程中的流量损失位置和大小,对不同转速和推进速度下的导管螺旋桨进行了三维稳态仿真,并对导管螺旋桨进行了优化和改进。结果表明,在相同转速下,粘性耗散熵的输出值随推进速度的增加而增加,而湍流耗散熵的输出值随着推进速度的增加而减小。在相同的推进速度下,随着转速的增加,粘性耗散熵和湍流耗散熵的输出值显著增加。不同工况下紊流耗散熵所占的比例大于粘性耗散熵所占的比例,造成导管螺旋桨不可逆流动损失的主要原因在于紊流耗散。导管螺旋桨的气流损失区主要位于导管后缘附近和桨毂后方,桨毂后方形成的大型轮毂涡区是气流损失的高浓度区。此外,改进后的导管螺旋桨可以显著改善螺旋桨尾部的涡流分布,减少毂涡引起的流量损失。结论]本研究揭示了导向螺旋桨运行过程中的流量损失特征,准确定位了流量损失的集中区。研究结果可为导向螺旋桨的节能优化设计和流量损失识别与分析提供新的思路。