某伴流补偿导管对螺旋桨空泡及 空泡剥蚀性能影响研究

文章介绍了中国船舶科学研究中心大型循环水槽中开展的某散货船有、无伴流补偿导管下螺旋桨空泡、空泡剥蚀性能对比试验研究,并深入分析某伴流补偿导管对空泡形态、空泡剥蚀性能影响及导管设计过程中需注意的问题。试验结果表明:前置伴流补偿导管会增加螺旋桨表面空泡面积及空泡诱导的船体脉动压力一阶叶频分量,且不合适的伴流补偿导管安装方式会增加桨叶空泡剥蚀风险。     

利用整体迭代法预报螺旋桨空泡性能研究

在船舶行驶时,螺旋桨作为重要的动力作用设备,其性能的好坏对船舶整体会产生相当大的影响。在高速旋转时,由于水体的摩擦,会产生大量的空泡,由于这些空泡的存在,船体可能会发生不规则的振动,进而产生强烈的辐射噪声,造成目标暴露,从而威胁到船体的安全。因此,本文主要探索船舶螺旋桨空泡的生成机理,并通过整体迭代算法,研究空泡的作用形式,从而为其状态的预测提供一定的技术支持。文末通过优化迭代速度,对螺旋桨的有关性能进行仿真。     

超大型矿砂船螺旋桨空泡剥蚀研究

为解决某超大型矿砂船螺旋桨梢部随边剥蚀问题，在中国船舶科学研究中心大型循环水槽中开展了全附体船舶带螺旋桨模型的空泡与脉动压力特性研究，确认了实船螺旋桨空泡剥蚀产生的原因，并基于产生剥蚀空泡的动态特征，设计了三种不同解决方案，期望改善矿砂船螺旋桨空泡运动行为，降低空泡剥蚀风险。试验结果表明：对原螺旋桨压力面导边0.6R～1.0R削边处理，可增加空泡体积与稳定性，明显改善原螺旋桨叶梢空泡动态行为，降低剥蚀风险；新设计的Eppler剖面螺旋桨，可产生无害的空泡形态，避免了空泡剥蚀的产生。     

空泡效应对冰阻塞环境下的螺旋桨性能影响研究

针对空泡效应对冰区船舶螺旋桨在冰阻塞环境下的推进性能影响,在空泡水筒开展了均流和冰阻塞环境不同空泡数下的螺旋桨模型水动力性能对比试验。试验结果表明空泡效应减缓了冰阻塞环境下螺旋桨推力均值上升的程度,加剧了非定常变化的幅度;冰阻塞环境螺旋桨受空泡影响发生推力突降的运行工况要早于均流环境。采用CFD方法对冰阻塞环境下的螺旋桨模型水动力和空泡特性进行了数值模拟,冰阻塞典型工况的螺旋桨模型水动力性能计算结果与模型试验结果误差在5%以内,在相同工况下桨叶表面的空泡形态模拟结果与模型试验基本一致,表明本文冰阻塞环境螺旋桨水动力和空泡性能的数值模拟方法具有较高计算精度。     

螺旋桨梢部卸载和叶片侧斜对降低脉动压力的作用

在中国船舶科学研究中心的空泡水筒中进行了螺旋桨空泡诱导的船体脉动压力试验。 为15000吨单桨货船设计了梢部卸载和叶片侧斜的螺旋桨。几种方案的模型试验表明,梢部卸载能使螺旋桨有较好的空泡性能,脉动压力大幅度下降。增加叶片侧斜能使空泡性能进一步改善,脉动压力进一步下降。 本文讨论了叶片上不定常空泡和伴流场模拟对脉动压力的作用。空泡体积变化和空泡破灭是产生脉动压力高频分量的原因。     

一个估算螺旋桨叶片上出现空泡范围的简单方法

本文在常用的螺旋桨水动力性能和叶片切面压力分布计算方法的基础上,提出了一个估算螺旋桨在径向非均匀水流中叶片上出现空泡范围的简单方法。此法可根据桨叶的几何形状,伴流分布和螺旋桨工况估计桨叶出现空泡的范围,也可给出出现空泡与螺旋桨的几何要素例如切面的拱度、厚度分布和冲角等之间的关系。这样,我们就能仔细地分折螺旋桨叶片上发生空泡的情况,提出改进螺旋桨空泡性能的措施。针对一条船舶的螺旋桨,用本方法进行了计算,计算结果与用空泡筒模型试验所得的结果相当一致。     

斜流下螺旋桨空泡及脉动压力数值预报研究

空泡性能是船舶螺旋桨重要的水动力性能之一。由于桨轴存在倾斜安装角，船舶在水面航行时，螺旋桨的进流条件主要为斜流工况。为研究斜流工况下螺旋桨的空泡形态及空泡脉动压力特性，论文基于黏流CFD方法针对PC456螺旋桨标模开展了斜流下螺旋桨空泡及脉动压力数值模拟研究，并与大型空泡水筒中的斜流螺旋桨空泡试验结果进行了比较。结果表明，数值预报的空泡形态、面积和平板表面脉动压力与试验观测及测量的结果吻合较好，验证了数值模拟方法的可靠性。     

船舶螺旋桨空泡噪声研究

从空泡运动机理、数值计算方法及试验研究三方面对船舶螺旋桨空泡噪声最新的研究动态作了简单回顾.理论方面给出Rayleigh方程的应用范围;数值计算方面,将FWH方程方法应用于船舶螺旋桨噪声计算.结合所做试验,考虑了水中含气量对船舶螺旋桨空泡噪声的影响.同时对进一步需要开展的螺旋桨空泡噪声工作进行了展望.     

实船空泡性能试验研究进展综述

无论对于军用舰船还是商用船舶，在增加船舶功率和航速的同时对船舶舒适性和低噪声的要求也越来越高。为了保护海洋环境和海洋生物，对于船舶低噪声的要求也越来越强烈。空泡噪声是船舶的主要噪声源，为适应行业发展需求，相应的空泡研究也进入了新的阶段。在研究、设计、优化和检验船舶性能过程中，实船空泡试验研究是与理论计算、模型试验同样重要的组成部分；同时实船空泡试验还可以针对模型试验时无法模拟的工况进行空泡特性测量，譬如在海洋波浪环境下的空泡起始特性测量、在船舶打舵转弯工况下的空泡特性研究等等；另外，实船空泡试验可以比较快速、低成本地找出实船运行过程中出现的由空泡引起的异常振动和噪声等问题的根源，为制定解决问题的方案提供技术支撑。本文介绍了实船空泡试验研究的发展历史以及在过去十年间中国船舶科学研究中心建立的实船空泡性能试验技术，同时介绍了实船空泡性能试验技术及其在解决多型实船空泡引起的异常振动、噪声问题中的应用。     

三维水翼梢涡空泡和片空泡的雷诺数影响试验研究

螺旋桨空化是影响船舶隐身性能的一个重要因素,其中片空泡和梢涡空泡是两种主要的空泡类型。由于空化现象的复杂性,当前在工程实践中对螺旋桨空泡的预报主要是依靠模型试验。由于无法满足全相似律,如在缩比模型试验中难以满足雷诺数相似,其引起的尺度效应是影响预报精度的重要障碍。为此,需要引入相关的修正方法。针对一个给定尺度的三维水翼进行了不同攻角、不同水速下梢涡空化及片空化的试验来考察雷诺数的影响。试验在中国船舶科学研究中心的循环水槽进行,采用了高速摄影与水声设备。试验结果为建立基于模型试验的螺旋桨空化实船预报方法提供了依据。     

Cavitation passive control on immersed bodies

This paper introduces a new idea of controlling cavitation around a hydrofoil through a passive cavitation controller called artificial cavitation bubble generator (ACG). Cyclic processes, namely, growth and implosion of bubbles around an immersed body, are the main reasons for the destruction and erosion of the said body. This paper aims to create a condition in which the cavitation bubbles reach a steady-state situation and prevent the occurrence of the cyclic processes. For this purpose, the ACG is placed on the surface of an immersed body, in particular, the suction surface of a 2D hydrofoil. A simulation was performed with an implicit finite volume scheme based on a SIMPLE algorithm associated with the multiphase and cavitation model. The modified k-ε RNG turbulence model equipped with a modification of the turbulent viscosity was applied to overcome the turbulence closure problem. Numerical simulation of water flow over the hydrofoil equipped with the ACG shows that a low-pressure recirculation area is produced behind the ACG and artificially generates stationary cavitation bubbles. The location, shape, and size of this ACG are the crucial parameters in creating a proper control. Results show that the cavitation bubble is controlled well with a well-designed ACG.     

用RANS方法预报螺旋桨非定常空泡

基于空泡混合模型用RANS方法对螺旋桨非定常空泡进行了预报.采用尺度函数以渐进扩张的方式对桨叶表面进行网格划分,在导边、随边、叶根、叶梢等部位加密,而在桨叶表面中部单元逐渐增大.为了更好地考虑湍流边界层的流动特性,构建了棱柱层和四面体混合非结构化网格.为节约划分网格的时间,建立了一种几乎不需人为干预的快速划分螺旋桨计算域网格的方法.对非均匀进口来流用自定义函数进行设置,空泡的预报结果与试验结果吻合较好,证明该方法在螺旋桨非定常空泡计算方面的可行性和良好的应用前景.     

热管锅炉给水系统中的空蚀条件

本文研究了热管锅炉给水系统中的空化现象。研究结果表明,在沸腾的流体中,有可能出现临界空泡。文中导出了能预估过冷沸腾条件下空泡的发生和成长的Sigma表达式。分析结果表明,从空蚀的观点出发,在流体的工作压力被指定后,合理地选取气-液型热管式换热器的工作温度是很重要的。     

螺旋桨空泡脉动压力试验不确定度分析

参考国际拖曳水池会议(International Towing Tank Conference,ITTC)推荐规程,对螺旋桨空泡脉动压力试验的不确定度进行分析.根据脉动压力试验流程,确定试验过程中的误差源;根据不确定度传递函数,确定误差源对试验结果的影响.基于某油船的螺旋桨对3种工况进行10次重复性试验,并通过误差源分析得到试验结果的不确定度.在此基础上,提出降低不确定度的方法和注意事项.试验分析结果表明,在95％置信水平下(k=2),脉动压力试验结果和脉压系数的不确定度均在3％以内,试验结果对后续脉动压力试验的开展有一定的参考作用.     

扭曲舵空泡观测实船试验研究

为验证扭曲舵的抗空化效果,在前期完成扭曲舵设计及实船换装工作的基础上,首次在国内开展了扭曲舵和普通舵的空化实船观测对比试验,对两种舵在设计航速和最大航速下固定舵角工况和直航自动舵工况的空泡进行了比较.结果表明:在相同航速工况下,扭曲舵的舵面空化起始舵角可提高10°左右,可以消除舰船常用航行状态下舵面的空化问题;在高航速大舵角工况时,扭曲舵的空化面积远小于常规舵;在扭曲舵优化的基础上,防腐蚀电极新型安装结构和舵下端导流罩可以有效解决防腐蚀电极和舵下端面的空化问题.通过扭曲舵空泡观测实船试验,证明了扭曲舵具有良好的抗空化性能,为抑制水面舰船舵空化剥蚀、降低船尾振动噪声提供了有效途径,具有优良的应用前景.     

Simulation of Liquid Nitrogen around Hydrofoil Cavitation Flow

为研究低温空化流场特性,考虑液氮的热力学参数和空化时两相间的能量交换,利用数值模拟方法对液氮绕水翼低温空化特性进行了分析.基于均质多相流模型,采用Zwart空化模型对液氮绕水翼低温空化流进行稳态计算,修正了Zwart空化模型中蒸发和冷凝系数,给出了水翼表面压力、温度及空化强度的分布.数值结果同采用Schneer-Sauer空化模型计算的结果进行了比较.水翼表面压力和温度的数值结果与Hord实验数据吻合较好,验证了数值模拟的有效性.     

均匀流场中螺旋桨空泡数值模拟

在FLUENT软件中,采用多块结构化网格对业内选作标桨的E779A桨和PPTC桨进行了均匀来流下的空泡数值模拟。空泡模型采用基于输运方程的完整空化模型。研究表明:不可冷凝气体质量分数对空泡流场的计算结果影响较大。比较发现:数值预报的空泡形态,无论叶背部还是叶面部的片空泡,均与试验结果吻合较好;相同工况下所得螺旋桨推力系数、扭矩系数也与试验结果一致。     

2011年WIMRC第3届国际空泡研讨会(英文)

4-6 July 2011, University of Warwick, Coventry, UK This is a non-profit academic/technical event. Scientists and engineers from universities, research institutes, consultant firms and industry are welcome to present their research work and exchange ideas at the Forum. The 2011 Cavitation Forum will be third such event, with previous Forum’s being held in 2006 and 2008.     

螺旋桨空泡噪声测量与分析

通过对空泡水筒中螺旋桨进行空泡噪声测量试验,采集了螺旋桨在空化条件和非空化条件下的噪声信号。借助数字信号处理技术对声信号进行频谱分析,研究空泡噪声特征信号在频域的特征和规律,以便判别或预报这类空泡及其噪声特性。此次试验特别引入加速度计,测量了螺旋桨动力仪引起的机械振动信号,并得出其信号对水听器采集的水声信号影响较大,可采用噪声消除方法降低干扰。试验表明,噪声频率在高频时空化噪声比非空化噪声声功率级增加约20 dB。另外,详细介绍了噪声测量系统和测试方法,同时也采用高速摄像机对螺旋桨空泡进行了观测。     

柴油机气缸套的穴蚀及预防措施

柴油机气缸套直接影响柴油机的正常运行以及可靠性和寿命，其最常见的故障是穴蚀，通过对缸套穴蚀产生的机理进行分析，进而提出防止缸套穴蚀的若干措施及抑制缸套穴蚀的方法。