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基于CFD-DEM耦合的螺旋桨-碎冰-水相互作用的数值模拟 被引量:8

Simulation of Propeller-Trash Ice-Water Interaction Using Coupling CFD and DEM Methods
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摘要 为了研究螺旋桨在碎冰环境下的性能变化,采用CFD-DEM耦合分析方法开展了螺旋桨-碎冰-水混合环境下的数值模拟。分析了单项耦合设置和双向耦合设置时碎冰内不同DEM粒子数量对螺旋桨水动力性能、桨叶接触力、桨叶接触碎冰数量以及求解器CPU时间的影响。在获得最优碎冰内DEM粒子数量的基础上分析了单项耦合设置和双向耦合设置之间的差异。计算结果表明:在CFD-DEM耦合运算中,合理地设置碎冰内DEM粒子数量对降低数值模拟的计算成本至关重要;单向耦合设置可作为碎冰内DEM粒子数量选择的方法之一;双向耦合设置能够很好地模拟碎冰在螺旋桨抽吸作用下的运动,在数值模拟过程中应采用双相耦合设置;CFD-DEM耦合分析方法可以为进一步研究螺旋桨-冰相互作用过程中结构强度问题以及水动力特性提供非常有效的研究手段。 In order to study the performance changes of propeller in the trash ice area, this paper adopts the coupling CFD and DEM methods to carry out the numerical simulation of propeller-trash ice-water mixed environment. The effects of the number of different DEM particles in trash ice on the hydrodynamic performance of the propeller, the contact force of the blade, the number of the blade contact, total solved CPU time are analyzed in the case of the single coupling setting and the two-way coupling setting. Based on the optimal number of DEM particles in trash ice, the differences between single coupling settings and the two-way coupling setting are analyzed. The results show that in the CFD-DEM coupling operation, it is very important to reasonably set the number of DEM particles in trash ice to reduce the computational cost of numerical simulation. One way coupling can be used as a method to select the number of DEM particles in trash ice. Two way coupling setup can simulate the movement of trash ice under the action of propeller suction. The two phase coupling should be adopted in the numerical simulation process. The CFD-DEM coupling analysis method can provide a very effective research method for further research on the structural strength and hydrodynamic characteristics of propeller and ice interaction process.
作者 徐佩 郭春雨 王超 张承森 XU Pei;GUO Chunyu;WANG Chao;ZHANG Chengsen(College of Shipbuilding Engineering,Harbin Engineering University,Harbin 150001,China)
出处 《中国造船》 EI CSCD 北大核心 2019年第1期120-140,共21页 Shipbuilding of China
基金 国防基础科研计划资助项目(JCKY2016604B001) 国家自然科学基金资助项目(51679052 51639004)
关键词 计算流体动力学 离散单元法 耦合分析法 螺旋桨 碎冰 CFD DEM coupling analysis method propeller trash ice
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