新型桨后消涡助推叶轮敞水性能数值模拟

为了提高螺旋桨的推进效率,回收螺旋桨后大量旋转水流的能量损失,提出在桨后安装消涡助推叶轮,对螺旋桨和消涡助推叶轮组合系统进行敞水性能数值模拟,计算结果与螺旋桨敞水性能数值结果对比表明,加装消涡助推叶轮组合系统的推进效率提高9.113%。     

固定叶轮水动力性能数值分析

为研究螺旋桨后固定叶轮的节能效果,采用计算流体力学(CFD)方法对螺旋桨与固定叶轮进行仿真模拟。计算域划分为螺旋桨小域、叶轮小域、外部大域等3个区域,三者均采用结构网格。计算域整体为圆柱形区域,与螺旋桨同轴,靠近螺旋桨与叶轮区域网格加密,来流采用均匀流,分别改变进速系数、螺旋桨与叶轮距离以及叶轮叶数等参数,依计算结果选取最优解并按照加法原则划分并在计算过程中增减工况。分析认为:在距离为0.7D、进速系数1.0、叶轮叶数5叶时,节能效果最佳;同等情况下,效率较不加叶轮提高9.46%。     

船用螺旋桨及桨后发电机设计可行性研究

[目的]以概念船舶节能装置为研究对象,[方法]在船用螺旋桨后布置尾流发电机,利用螺旋桨的高速尾流推动发电机叶轮旋转,从而带动发电机组,将尾流能回收转化为电能,降低船舶的总体能耗。将螺旋桨及海流发电机视作组合推进器一体设计,采用涡格法分析桨的水动力性能,采用原创的改进叶素动量方法评估桨后处于高度非均匀流场中的发电机的性能。采用遗传算法设计最佳的海流发电机叶片几何,为某实船提供设计方案,并通过CFD方法验证方案的性能。[结果]经与原桨比较,结果显示:在进速系数不变的情况下,组合推进器的推力可提高约4%,但收到功率略有增加;如果调整转速,则组合推进器在推力略有损失的情况下可降低能耗3.43%。[结论]计算分析证明了该节能装置的可行性,可作为降速航行的替代方法。     

螺旋桨毂帽鳍节能性能的数值模拟

毂帽鳍作为一种新型的船用节能装置,合理地安排其在桨后的位置,能明显提升螺旋桨的推进效率,因此,有必要对毂帽鳍的节能效果进行研究.采用计算流体动力学方法,对毂帽鳍的敞水性能进行模拟.通过改变鳍叶在桨后的各个参数,分析其尾流的变化,以及各重要剖面处的压力分布等情况.模拟结果表明：鳍叶的不同安装角位置对桨的效率变化有明显的影响,而轴向位置的改变则对其效率的提高影响不大.通过观察尾流分布及压力分布图,可以直观地看出鳍叶的主要功效是产生与螺旋桨转向相同的扭矩,同时使尾流速度降低从而削弱乃至消除毂涡.     

桨-舵间距对其组合系统水动力性能的影响

通过计算流体动力学(CFD)方法对敞水桨、桨-舵组合和优化间距的桨-舵组合装置进行数值仿真研究,分析桨-舵间距对其组合系统水动力性能的影响。螺旋桨敞水工况的计算值与物理模型试验值的吻合度良好,验证了数值计算方法的可行性。通过对比桨-舵间距大于推荐值的3个工况发现:在较低的进速系数下,系统的节能效率稍有增加,随着桨-舵间距的增大,节能效率呈现下降的趋势;在较高的进速系数下,随着桨-舵间距的增大,节能效率逐步下降。在较低的和中等的进速系数下,节能效率随着桨-舵间距的减小呈现逐步升高的趋势,在桨-舵间距减少10 mm时,组合体的节能效率最大可增加1.937%;在较高的进速系数下,节能效率随着桨-舵间距的减小有下降的趋势。     

艇桨耦合状态螺旋桨水动力与噪声数值预报方法研究

本文给出了基于大涡模拟(LES)与Powell涡声理论的艇桨耦合状态螺旋桨水动力与噪声数值预报方法.首先描述了LES方法与Powell涡声理论及其声学远场解;然后利用LES结合滑移网格计算了AU5-65螺旋桨敞水工况的水动力,得到了推力系数、扭矩系数与敞水效率,给出了螺旋桨梢涡、叶根涡、毂涡的流动结构空间分布,又计算了SUBOFF潜艇带AU5-65螺旋桨自航工况水动力,获得了实效伴流分数、推力减额与相对旋转效率等自航因子,分析了螺旋桨在艇后旋转时的涡旋结构,并将敞水与自航水动力计算结果与试验结果进行了对比分析,验证了流动计算方法的可靠性;最后,在对流动声源数值计算的基础上,对敞水与自航工况下的螺旋桨噪声进行了数值预报,并与试验结果进行了对比分析,分析了声压谱谱型与幅值,辨识了艇桨耦合流动对于螺旋桨噪声的影响,验证了数值预报方法的适用性与可靠性.     

导管螺旋桨水动力性能分析及附加节能装置性能预估

本文采用基于RANS方程的 湍流模型,对No.19A+KA导管螺旋桨的敞水性能进行数值计算,得到的结果与试验数据进行比较,误差满足工程精度要求。在此基础上以该桨为母型,采用相同的计算方法,对加上毂帽鳍的螺旋桨节能性能进行了预报,结果表明毂帽鳍使从螺旋桨出来的毂涡减少,消除毂涡引起的诱导阻力,提高了螺旋桨推进效率。     

船舶推进节能技术研究与进展

随着船舶燃油价格的上涨,船舶节能技术得到了广泛的关注,本文旨在介绍国内外船舶推进与节能方面的研究与进展。其中包括优秀船型的研究、开发附加流体水动力节能装置、新型高效推进器以及一些特殊船舶节能技术的研究。重点介绍了非对称尾船型、双尾鳍船型、可调距螺旋桨、对转螺旋桨、桨后自由旋转助推叶轮、舵附推力鳍以及一些特殊船舶推进节能装置的研究与应用等。     

毂帽鳍的节能机理分析

应用计算流体力学方法(CFD),结合RNG湍流模型和动参考系计算模型(MRF),对普通桨和桨+毂帽鳍的敞水水动力性能进行计算,通过对毂帽鳍及螺旋桨叶片的受力情况进行研究,结合普通桨和桨+毂帽鳍2种情况的桨后尾流场分析,结果表明,桨后毂帽鳍上产生的推力和扭矩有限,桨+毂帽鳍的节能机理主要是利用毂帽鳍削弱了毂涡,改善了桨后流场周向速度,提高了前桨的推力,从而提高了效率。     

37500方LEG运输船螺旋桨毂帽鳍设计研究

毂帽鳍是一种通过回收螺旋桨毂涡旋转能量来达到节能效果的船舶桨后节能装置。本文针对我公司承建的37500方LEG运输船,运用CFD软件对粘性流场中毂帽鳍的敞水性能进行了计算研究,着重考察了毂帽鳍的根部螺距角、错位角、直径比及纵向位置等因素对效率的影响,通过多方案优选设计了适用于该船的毂帽鳍方案,并对该方案进行了模型试验验证。结果表明：在螺旋桨工作点时,螺旋桨效率提高了1.26%。考虑到模型试验的尺度效应,在实船应用时其节能效果将更加显著。     

基于流固耦合的螺旋桨水动力性能数值仿真

根据螺旋桨理论,将基于粘流理论的计算流体动力学方法与结构有限元分析方法相结合,构建螺旋桨的流固耦合数值仿真方法。运用该方法对螺旋桨进行计算分析,并与试验结果进行对比,两者吻合较好。证明了利用构建的FSI方法与传统的CFD方法计算同一金属材料螺旋桨时,在低进速下计算所得结果较传统CFD方法更为准确。从多角度阐明所建立的流固耦合数值方法在复合材料螺旋桨研究方面的独特优势,为复合材料螺旋桨性能分析提供了必要的工具。     

基于CFD技术的整流鳍节能效果数值预报

针对节能装置节能效果的预报仍然依赖模型试验,数值预报方法对节能效果的预报存在较多困难的问题,提出了一种基于CFD技术的整流鳍节能效果的数值预报方法。首先,研究了整体求解船-桨-舵相互干扰的水动力性能数值计算方法,计算结果与试验值的比较显示,该数值计算方法具有较好的计算精度。然后,采用上述方法预报了船-桨-舵-整流鳍相互干扰的水动力性能,通过比较有整流鳍和无整流鳍两种情况下,螺旋桨吸收单位转矩所发出的推力,分析了整流鳍的节能效果,得到了节能效果较优的整流鳍,其综合节能效果可达2.78%,从而为船舶节能装置的节能效果预报提供了一种适用的理论研究方法。     

运用周期性边界条件预报螺旋桨的敞水性能(英文)

Mathematical models of propellers were created that investigate the influence of periodic boundary conditions on predictions of a propeller’s performance. Thrust and torque coefficients corresponding to different advance coefficients of DTMB 4119, 4382, and 4384 propellers were calculated. The pressure coefficient distribution of the DTMB 4119 propeller at different sections was also physically tested. Comparisons indicated good agreement between the results of experiments and the simulation. It showed that the periodic boundary condition can be used to rationally predict the open water performance of a propeller. By analyzing the three established modes for the computation, it was shown that using the spline curve method to divide the grids can meet the calculation’s demands for precision better than using the rake cutting method.     

均匀流中螺旋桨无空泡噪声数值预报方法验证分析

为了分析敞水螺旋桨噪声性能,以某一螺旋桨为研究对象,采用大涡模拟方法对其敞水水动力性能进行计算,所得结果与试验值误差较小;然后运用基于无限元方法的声学软件Actran对螺旋桨的无空泡噪声进行数值模拟,并对特征点频谱曲线、螺旋桨声压云图、声指向性与衰减特性进行分析,得到单极子噪声特性-径向声压级高于轴向声压级,并且随着距桨中心距离的增大,声压级衰减速度减小,径向与轴向声压级差距缩小;验证数值预报方法的有效性,为船桨一体噪声数值模拟提供参考.     

基于流固耦合相互作用的复合材料螺旋桨性能研究

开展复合材料螺旋桨流固耦合相互作用分析,为复合材料螺旋桨设计提供思路,有利于进一步提高螺旋桨的性能。文章进行了螺旋桨二维弹性剖面静力学分析,进而对不同几何复合材料桨叶的流固耦合作用特性做了数值计算比较研究,在此基础上,通过与对应的刚性螺旋桨的比较计算分析,研究了在多工况下的复合材料螺旋桨水动力性能影响,探索了在来流变化过程中复合材料螺旋桨的振动性能。文中研究得出了一些有意义的结论,为复合材料螺旋桨设计及应用奠定了基础。     

导管螺旋桨定常性能预估的基于速度势的面元法

开发了一个导管螺旋桨定常水动力性能预报的数值计算方法,其中,螺旋桨和导管均采用定常面元法,通过迭代计算考虑桨和导管的相互影响.该方法也可用于导管调距桨在不同转角时的定常性能预估.对JD7704和19a导管螺旋桨以及JD导管调距桨的计算结果表明,该方法计算精度是令人满意的.     

汽力装置回汽制动工况下螺旋桨变工况工作过程分析

针对蒸汽动力船舶回汽制动工况下螺旋桨转速经历了0转速状态,而采用传统的螺旋桨模型无法研究该状态的问题,通过对回汽制动工况中螺旋桨的典型动作过程进行分析,建立回汽制动工况中螺旋桨的变工况数学模型。基于Matlab-Simulink环境建立仿真模型,分析回汽制动工况下螺旋桨的动态运行状况,为回汽制动过程下螺旋桨的运行管理提供借鉴。仿真结果表明:在相同的航速下,倒车汽轮机回汽量越大,处于水轮机状态的螺旋桨所能达到的转速就越低;当对全速倒车的耗汽量实施回汽制动时,可以将96.8%最大航速以下的螺旋桨锁制。     

吊舱式电力推进船舶螺旋桨匹配设计仿真研究

在国内,吊舱推进器的设计还处于理论起步阶段,尤其是吊舱推进器螺旋桨,其设计方法尚未成熟,而螺旋桨的设计对于整个推进系统推进性能的影响又尤为关键,关系到船—机—桨匹配的综合推进性能。为此,采用常规螺旋桨敞水特性图谱等效设计POD螺旋桨参数的方法对吊舱推进器螺旋桨进行设计,分析吊舱式推进船舶船—机—桨的匹配性能。为了提高设计效率及优化推进系统的推进性能,针对吊舱式电力推进船舶,采用常规螺旋桨等效设计方法设计POD螺旋桨参数,同时基于LabVIEW图形化编程语言开发船—机—桨匹配数值分析软件以对设计参数进行静态匹配计算,并与母船的推进效率进行对比,选取最优化的螺旋桨参数作为POD螺旋桨参数,以优化推进效率。研究结果表明：采用常规螺旋桨等效设计方法设计POD螺旋桨参数的方案,同时结合开发的船—机—桨匹配数值仿真分析平台,可以方便、快捷地对吊舱式推进船舶进行船—机—桨匹配分析计算比较,提高推进性能。     

直翼推进器水动力性能数值模拟

在直翼推进器的工作原理分析的基础上，以某型直翼推进器的缩比试验模型为研究对象，利用基于计算流体力学的数值模拟方法进行了建模与仿真，并通过将数值仿真结果与试验数据相比较的方法验证了仿真方法的准确性。在此基础上，对直翼推进器的流场特性、敞水性能、桨叶及整桨载荷等水动力特性进行了分析，为直翼推进器水动力性能预报及桨叶及推进器设计提供了技术支撑。