[发明专利]一种基于涡核探测的螺旋桨尾流修正相平均算法

说明书

本发明提供了一种基于涡核探测的螺旋桨尾流修正相平均算法，属于船舶螺旋桨水动力学技术领域。该方法包括：读取螺旋桨尾流场快照，确定工作区域；利用涡量等值线对所述工作区域内的螺旋桨梢涡进行识别；搜索涡量等值线与螺旋桨尾流场网格的交点；根据涡量等值线与螺旋桨尾流场网格的交点，确定螺旋桨梢涡涡核的坐标；根据螺旋桨梢涡涡核的坐标，利用双线性插值方法，将识别的螺旋桨梢涡插值到新的螺旋桨尾流场网格上，得到新的螺旋桨梢涡；将所述新的螺旋桨梢涡按顺序移至背景网格的固定位置，进行修正相平均计算。本发明可以有效避免由于梢涡不稳定性运动导致的传统相平均方法对湍流耗散率的过高估计。

技术领域

本发明属于船舶螺旋桨水动力学技术领域，尤其涉及一种基于涡核探测的螺旋桨尾流修正相平均算法。

背景技术

船舶螺旋桨尾流的机理研究在工程应用中扮演着重要的角色，并引起了足够的重视，究其原因是这一基础问题与螺旋桨水动力学性能、振动、噪声以及结构问题等息息相关。然而，与螺旋桨性能直接相关联的螺旋桨尾流动力学问题异常复杂，其本质无法被人们充分的认知。从精细流场角度出发研究螺旋桨尾流场有助于提高人们对螺旋桨各项性能本质的认知，从而设计出力学性能和噪声性能优良的螺旋桨来满足现代军用和民用市场的需求。

目前与螺旋桨尾流有关的研究，无论是CFD(Computational Fluid Dynamics，计算流体力学)模拟还是PIV(Particle Image Velocimetry，粒子图像测速)试验都会基于相平均的结果进行，这是因为对于旋转机械这种周期性的非定常流场，瞬态的结果(尤其是PIV试验结果)往往会出现非物理振荡等不稳定的因素，导致其不具有代表性，而对结果进行相平均往往能得到更好的值。传统的相平均做法是将螺旋桨的参考桨叶通过同一角位置时的所有流场结果进行平均，然而这种传统的做法对螺旋桨梢涡行为的阐释存在一定程度上的误导。例如，相平均涡量场中，越来越多耗散的梢涡痕迹会导致研究者对实际湍流耗散率的过高估计，以及对通过梢涡不稳定性运动的涡量传播的过度预测。为了解决传统相平均方法中存在的问题，本发明公开了一种修正的相平均算法，其能得到更加真实的螺旋桨尾流场结果，是一种研究螺旋桨尾流动力学特性的有效后处理方法，对下一代性能优良的螺旋桨的优化设计有着重要的价值。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种基于涡核探测的螺旋桨尾流修正相平均算法，解决了传统相平均方法对实际湍流耗散率的过高估计，以及对通过梢涡不稳定性运动的涡量传播的过度预测的问题。

为了达到以上目的，本发明采用的技术方案为：

本方案提供一种基于涡核探测的螺旋桨尾流修正相平均算法，包括以下步骤：

S1、读取螺旋桨尾流场快照，确定工作区域；

S2、利用涡量等值线对所述工作区域内的螺旋桨梢涡进行识别；

S3、搜索涡量等值线与螺旋桨尾流场网格的交点；

S4、根据涡量等值线与螺旋桨尾流场网格的交点，确定螺旋桨梢涡涡核的坐标；

S5、根据螺旋桨梢涡涡核的坐标，利用双线性插值方法，将步骤S2中识别的螺旋桨梢涡插值到新的螺旋桨尾流场网格上，得到新的螺旋桨梢涡；

S6、将所述新的螺旋桨梢涡按顺序移至背景网格的固定位置，进行修正相平均计算，完成基于涡核探测的螺旋桨尾流修正相平均计算。

本发明的有益效果是：本发明可以有效避免由于梢涡不稳定性运动导致的传统相平均方法对湍流耗散率的过高估计，保证下游梢涡的强度，同时剔除出流场快照中的非物理梢涡，是一种适用于研究与螺旋桨尾流动力学特性有关的梢涡属性如环量、半径、涡核位置和梢涡强度的先进后处理手段，对下一代性能优良的螺旋桨的优化设计有着重要的价值。

进一步地，所述步骤S1中工作区域为螺旋桨下游所有螺旋桨梢涡的分布范围。