肥大型船整流附体的性能研究

肥大型船从船舯到船艉,船体的横剖面形状及其面积变化剧烈,从而导致在桨盘面处产生"钩"状或"兔耳"状的舭涡,通过加装整流附体的方式来改善桨盘面处的伴流分布,对于螺旋桨的减震降噪、螺旋桨推进效率的提高是一种有效的措施。基于CFD技术,在准确预报了某肥大型船伴流场的基础上,参考流经桨盘面的三维流线绕船体分布的特点,分别设计了螺旋桨前置导管、补偿导管和整流鳍,预报并分析了各附体对船体尾流场的影响,分析了整流附体的工作机理,比较了工作于各附体伴流场中螺旋桨的效率。计算结果显示,加装整流附体后,桨盘面处的舭涡消失了,并且三种附体对螺旋桨的效率都有显著的提升。     

某油船漩涡发生器的伴流场和激振力数值分析

某型苏伊士油船尾部流动分离明显,舭涡较强,桨盘面伴流均匀性较差.通过对该船尾部流场进行数值分析,开发、设计了漩涡发生器装置,以改善桨盘面伴流均匀性,降低船体尾部振动.对安装该装置前后的该油船的伴流、激振力性能进行对比计算,分析该装置的流场适配性,并进一步对船体尾部激振力数据进行傅立叶分析,验证该装置的减振效果.     

某集装箱船伴流场的CFD计算策略分析

以某集装箱船为研究对象,从网格划分、湍流模型、VOF方程的时间离散格式及自由面是否计及等4方面对其进行了艉部轴向伴流场的数值计算策略分析,计算得到不同因素影响下的轴向伴流的周向分布图、等值线图以及桨盘面处的平均伴流分数,并将各计算结果与伴流试验结果进行比对。对于该船型,在计算艉部伴流场时,宜采用SSTk-ω模型,在考虑黏性自由面条件下选用显式VOF法,并适当增加船艉至桨盘面区域的网格数量。     

艇模水下伴流测量方法试验

对某艇模进行水下快速性试验,分析得到其自航状态下的实效伴流分数,采用三维伴流测试系统对其艉流场进行伴流测量,得到其标称伴流及三向伴流分布。结果表明,艇模桨盘面处伴流以轴向伴流为主,内半径在艉舵之间产生了范围较大的轴向高伴流区,而外半径在舵后产生了范围较小的小伴流峰,且由于螺旋桨的抽吸作用,导致桨盘面处流速增大,因而实效伴流小于标称伴流。     

对转桨适伴流设计方法研究

为了实现节能的目标,提出了一种高效对转桨适伴流设计方法。首先,通过船模试验获取某集装箱船船后桨盘面处的标称伴流,对应的实船伴流则通过ITTC提供的经验公式换算获得。采用螺旋桨环流理论分别对前桨和后桨进行实桨适伴流设计,前后桨之间的相互影响通过诱导速度来考虑,且诱导速度作为伴流的一部分,采用面元法进行非定常水动力性能预报。通过实例设计分析可知:在设计进速条件下,该方法设计的对转桨同设计的单桨相比效率可提高12.09%。     

双桨船螺旋桨的适伴流设计

讨论了双桨船和单桨船伴流场的不同特点,给出了双桨船切向伴流的分析方法和不同旋向下的螺旋桨设计结果,指出双桨船适伴流设计考虑切向伴流影响的必要性.内旋设计桨在大型循环水槽中进行了模型试验,试验结果表明螺旋桨的空泡和脉动压力性能优良.     

KCS标称伴流场的尺度效应数值分析

为了研究标称伴流场的尺度效应,对不考虑自由液面效应的KCS船的粘性绕流场进行研究,并基于RANS方法和SST k-ω模型对包含实尺度的7种不同尺度下的标称伴流场进行数值计算。然后,将模拟结果与试验数据进行对比,进一步分析标称伴流场的尺度效应。结果显示:各半径处平均轴向伴流分数的倒数与雷诺数的对数呈正相关;KCS裸船体桨盘面处的标称伴流场存在2个伴流峰,且伴流峰值会随雷诺数的增加而减小,有利于减小螺旋桨的空泡和激振力;小尺度模型的尺度效应更为明显,且内半径处的平均轴向伴流分数尺度效应问题比外半径处的更为严重。     

斜流中船后螺旋桨水动力性能及伴流场研究

为了探究斜流中船体尾部流场对于螺旋桨水动力性能与受力变化的影响,采用混合网格技术,通过RANS方法对DTMB4679螺旋桨的水动力性能及船尾桨盘面处伴流场进行了非定常数值计算,并与敞水工况下的计算结果进行对比分析.计算结果表明:在无斜流角时船尾伴流场基本对称,但由于船体对于流场有一定的阻滞作用,敞水工况的轴向速度大于船...     

基于CFD的涡尾船改型优化设计

通过CFD方法计算模拟涡尾船原型与优化改型的尾部流场;通过对比桨盘面处轴向、周向速度分布,得出优化改型比原型轴向伴流更均匀,改善了螺旋桨的工作条件,增大了来流的周向速度,提高了螺旋桨的推进效率。模型试验验证了计算结果的合理性,说明船舶优化设计中采用合理的数值计算方法是可信的,可以提高设计研究效率。     

潜艇新型整流方法的设计与试验研究

潜艇桨盘面处伴流的不均匀性是造成潜艇螺旋桨在旋转过程中产生振动和噪声的重要原因。分析了潜艇桨盘面伴流场,认为潜艇马蹄涡是影响伴流不均匀性的关键因素。基于对潜艇马蹄涡产生机理的分析,提出运用整流片来削弱马蹄涡的影响、降低潜艇桨盘面伴流不均匀性的尾流控制方法。开展了潜艇模型尾部伴流风洞测量试验,试验结果显示整流片能够使潜艇桨盘面伴流不均匀性下降30%至50%,证明了整流片的尾流控制效果,展现了整流片广阔的工程应用前景。     

四桨船伴流场研究

与单桨船不同,四桨船各螺旋桨在运转过程中负荷不同.当前四桨船推进器的设计多以一个干扰因子来表征内外桨负荷差,而一个干扰因子难以反映内外桨负荷差产生的原因,因此往往给设计带来困难.本文使用CFD方法对四桨船内外桨负荷分配问题进行研究,首先以大连理工大学拖曳水池的PM06模型为基础进行不确定度分析,验证了该数值计算方法的准确性,然后对本文所研究的四桨船进行研究.结果表明四桨船內桨负荷大于外桨,且负荷差产生的原因主要有三个方面:(1)船体形状造成的船尾流场不均匀性对桨的影响;(2)内外桨在敞水中相互间产生的干扰;(3)内外桨之间的干扰在船尾不均匀流场中的合成.据此,本文将四桨船伴流分为三部分:原生伴流、干扰伴流和次生伴流,并计算了该船各部分伴流所占比例,以更好地指导四桨船的推进器设计.     

多块结构化网格在含附体水面船模粘性流场数值计算中的应用

本文使用RANS方程和剪切应力输运k-ω模型求解含附体的水面船舶粘性流场.整个计算域被分成很多区块,各个区块单独生成结构化网格,在包含不同附体部件的区块之间,网格是不匹配的,交界面处各流场变量由插值计算传递.计算中没有考虑自由液面的影响.从最后计算得到的桨盘面伴流分布结果来看,数值计算较好地反映了桨盘面流场的特征.     

DTMB 5415船绕流场数值研究

本文以DTMB 5415船为研究对象,应用基于URANS方法的CFD方法进行DTMB 5415船设计状态下船舶绕流场研究,其中湍流模型应用SST模型,自由液面捕捉应用VOF方法;应用CFD方法对船舶阻力性能、自由表面兴波、船舶螺旋桨盘面处的标称伴流场以及尾部轴向速度场等进行数值模拟与分析;将设计状态下DTMB 5415船绕流场数值模拟值与实验值对比,其船舶阻力、自由表面兴波、螺旋桨盘面标称伴流场等的良好吻合证明了网格与数值方法的正确性。本文还对船舶尾部不同截面绕流场边界层厚度以及整船边界层分布进行了研究且与实验值进行了对比。     

双桨船势伴流分数的计算与分析

采用边界元方法对8301双尾船、HS80高速客船以及大径深比FT8601推轮共3艘内河双桨船型的势伴流分数进行了计算,探讨了势伴流占总伴流的比例以及桨盘处势伴流的分布规律,得出了一些初步结论。结果表明双桨船势伴流分数占总伴流分数的比例并不大,因此若用预估单桨船的伴流分数公式来预估双桨船是不可行的。     

基于粘势耦合方法的空泡水筒阻塞效应数值模拟与分析

阻塞效应修正是提高空泡水筒水动力测量结果精度的重要措施。本文以上海交通大学新空泡水筒为研究对象,采用粘势耦合方法预报某7叶螺旋桨盘面处的实效伴流场,以此修正螺旋桨进速实现空泡水筒的阻塞效应修正。首先采用面元法对螺旋桨进行敞水预报,建立体积力模型将其力场插值到RANS网格中进行计算,得到桨盘面的实效伴流场。然后根据实效伴流分数归纳进速修正公式对螺旋桨推力和扭矩曲线进行修正,从而实现了空泡水筒到敞水结果的阻塞效应修正。结果表明,空泡水筒中计算的推力和扭矩曲线修正后与敞水中的计算吻合良好。     

船舶推进的一种能量分析方法

本文根据作者提出的关于船舶推进的能量分析方法和一条系列60船模带桨与不带桨条件下丰富的尾流场测试数据,计算出该船模推进系统的能量收支关系。计算结果表明:(1)T.T.Huang等提出的轴对称体-螺旋桨标称流场相互作用的非粘性性质假定对一般常规船型也成立。这一性质可以作为计算船体实效伴流的基础。(2)算例中螺旋桨充分吸收了船体的高能轴向伴流,并相应使得桨后轴向动能损失受到限制,两者均有利于推进效率的提高;而由于船体的切向伴流微小,桨后旋转动能损失很大,引起推进效率的损失。(3)桨盘面不同距离处多个截面所作的能量分析,不但定量显示出各种能量关系,也可说明船体后螺旋桨尾流的某些性质。     

附体对潜艇阻力及尾部伴流场的影响

针对SUBX潜艇模型,采用数值计算手段,开展附体对潜艇阻力及尾部伴流场的影响分析。计算表明,附体导致潜艇粘压阻力的显著增加,以及伴流场不均匀性的产生。稳定翼对桨盘面半径内伴流场不均匀性的影响较大,而指挥室围壳主要影响桨盘面半径外伴流场不均匀性。从降低阻力和改善伴流场角度考虑,需开展附体外形、位置及与主艇体连接形式的深入研究。     

应用计算流体力学进行VLCC船型的线型优化

应用计算流体力学(CFD)的计算结果对VLCC船进行了线型优化工作。首先按照航线、总布置的要求,确定了一初步线型,然后两个不同的首部备选线型和两个尾部备选线型共组合成了4个VLCC线型方案。根据势流理论的计算结果进行首部线型选优;根据求解雷诺时均的RANSE方程的计算结果进行尾部线型选优。在首部线型的比较中主要应用了波形分布图、波高图、沿船体表面的压力分布等流场信息,在尾部线型的比较中通过桨盘面处的轴向伴流分布和形状因子,来判断后体线型的优劣。最后通过模型试验验证了选优的线型方案的快速性。     

某供油船体振动分析与治理

基于某单桨船型在设计中出现的问题,利用CFD的计算技术对该船在实船运营过程中船体艉部出现剧烈振动的原因进行了深入分析,对比剖析了单桨船与双桨船的线型特点,在实船船体线型无法改动的情况下,通过在艉部设计加装上下整流鳍后,改善了船尾及桨盘面的伴流场,成功解决了艉部的剧烈振动问题,已在实船航行中得到了验证,获得了船东的一致好评。     

GPS天线线型对AUV阻力和尾流场的影响

靠近艉部的GPS天线线型对AUV的阻力以及桨盘面处的伴流品质有直接影响。高品质的伴流场能有效地降低噪声并提高水动力性能。为了获得最优的GPS天线线型,以某自主式水下机器人(AUV)为母型,采用ICEM-CFD、Fluent等CFD软件,结合RANS方法和SSTκ-ω模型对搭载不同线型GPS天线的AUV进行数值计算。研究结果表明GPS天线设计前倾角可以有效降低天线的阻力,从而降低AUV受到的整体阻力。具有一定前倾角和尾端曲线的GPS天线有利于改善AUV尾部伴流特性,减小桨盘面伴流速度的不均匀度。