回转体-螺旋桨组合体之推力减额的一个数值预测方法

作者把计算回转体绕流的Landweber方法推广到带有运转螺旋桨时回转体绕流问题的计算,导出了附加螺旋桨影响后的物面速度分布的第一类Fredh-olm积分方程。对该方程的迭代求解则用新的加速迭代公式替代常用的Land-weber迭代公式。通过对带与不带运转螺旋桨时回转体上压力差的积分可以得到推力减额。两条模型(分别在风洞、水池的试验)的数值例子表明:本方法的迭代速度要比Landweber迭代公式快,而计算得的推力减额和表面压差分布与试验结果的一致性很好,优于Huaug用Hess-Smith方法算得的结果。     

多桨船舶自航因子数值预报

以某四桨水面船舶为研究对象,基于RANS方法和滑移网格技术,建立船、附体和螺旋桨整体计算模型,并运用小范围改变螺旋桨转速的方法和前后桨分别计算的方法预报该船的自航因子。结果表明：四桨船舶内、外桨的自航因子并不相等,内后桨的实效伴流分数和推力减额分数均比外前桨的大;提出的方法计算结果可靠,能够体现四桨船舶自航因子的差异性,并且符合推力减额与伴流关系的一般规律,可为多桨船舶的自航试验提供依据。     

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.     

扭曲舵+舵球节能效果数值模拟

基于计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD),对1艘海上油田环保作业船自航进行数值模拟,从推进效率和流动细节上对比分析平板舵方案和扭曲舵+舵球组合方案的差异。计算采用RANS方法结合滑移网格法处理螺旋桨旋转运动,数值模拟得到的转速、推力和扭矩与试验数据吻合较好。计算结果显示:采用扭曲舵+舵球方案可降低螺旋桨尾流区旋涡强度,减小舵导边附近的高压区,提高推进效率。     

基于数值计算的某油轮快速性虚拟试验研究

为评估船舶快速性,采用两相流自由面VOF技术计算船舶阻力,用带有升力面修正的升力线法计算螺旋桨敞水性能,用非均匀来流的升力线法计算伴流分数和相对旋转效率,用鼓动盘理论计算推力减额。数值计算的结果与模型试验的结果相近。通过数值计算方法将虚拟试验替代模型试验,在保证精度前提下采用较简捷的方法,希望推动虚拟试验的方法朝快捷、高效的方向发展。     

相似伴流的模拟与船模-实船性能相似的实现

在常规自航试验结果的基础上,再将物理存在的标称伴流与虚拟的螺旋桨诱导速度相结合以修正尾流的速度亏损,使摩擦阻力与尾流速度亏损同时得到修正,用数值方法模拟出与实船相似的平均实效伴流场。桨模在相似伴流流场中运转,可得到真正的"实船自航点",给出模型-船实相似的"试验"结果,推进因子可直接用于实船,可按相似关系预报实船性能。     

斜流中的螺旋桨空化及压力脉动计算

以PPTC(Potsdam Propeller Test Case)桨为研究对象,进行了斜流中的螺旋桨空化及其诱导的压力脉动计算。基于均质混合流模型和Zwart-Gerber-Belamri空化模型,通过在梢涡区域进行网格加密,对梢涡空泡进行了数值模拟;计算得到的推力系数及各阶压力脉动幅值符合精度要求。研究表明:水中含气率是一个重要的计算参数,目前的算法下尚不能完全按照拖曳水池试验的实测值来设定;随着进速系数增大,推力系数减小,计算中的取值呈增大趋势;在重载时取值宜低于试验值2个量级,否则推力系数偏低且不易收敛;中载时,可以近似取试验值或略低;轻载时宜略高于试验值,否则推力系数偏高亦不易收敛。     

基于模型自航试验的自升式平台主机功率估算

为确定勘察平台自航所需的主机功率，对自升式平台的缩尺比模型自航试验进行设计，并开展不同航速下平台模型的自航试验。在此基础上，得到螺旋桨推力与平台航行时阻力相等的自航点，并计算实际平台在不同航速下所需的主机功率。研究成果可为自升式勘察平台设计过程中的主机功率选择提供一定参考。     

浸没式喷水推进自航试验及数值模拟

浸没式喷水推进器与船体高度融合,难以通过试验的方法测量推进器各部件受力,因此文中采用船模水池试验和数值模拟相结合的方法来分析浸没式喷水推进的水动力特点。该文首先开展了船模拖曳阻力试验,测量了船模阻力、纵倾角及重心升沉。然后开展船模自航试验,测量了船模纵倾角、升沉及轴的转速、力矩、推力等数据。基于CFX软件,对拖曳阻力试验及船模自航试验进行了数值模拟。在四个不同航速下的数值模拟中,阻力计算误差在3.7%以内,轴推力计算误差在2.7%以内,轴力矩计算误差在4.6%以内,试验测量值和CFD预报值吻合较好。通过数值模拟可以进一步得到浸没式喷水推进器上各部件的受力情况,泵的流量、扬程及其它流场信息,克服了浸没式喷水推进器推力测量和流场测量的困难。     

CFD技术在螺旋桨粘性流场计算中的可靠性预报分析

以MAU型桨作为研究对象,通过数值模拟方法,以质量守恒定理及动量守恒定理为基础,建立不可压缩流体的控制方程,计算螺旋桨在敞水中的受力情况。本文数值计算采用k-w湍流模型和SIMPLE算法,分析推进器在不同进速系数下,推力、扭矩与表面压力变化分布特点。运用计算软件FLUENT,对螺旋桨的尾流场进行模拟计算,展示其敞水性能的数值计算结果并与水池敞水试验值对比,对常规螺旋桨在粘性流场中受力直观体现,并校验了CFD技术在粘性流场计算中的可靠性。     

基于滑移网格的带桨水面船自航性能预报研究

应用FINE/Marine软件对KCS船、KP505桨以及考虑自由液面的船桨组合体进行数值计算,并计算其自航性能。利用滑移网格技术和随体网格来实现船桨之间的相互耦合。考虑到原有的自航性能数据处理方法并不代表实际情况,文中借鉴强制自航法的概念提出了一种新的船舶自航点求解方法预报船舶自航性能,并与模型试验结果进行比较,吻合良好,其中推力减额系数、伴流分数以及船舶推进效率的计算误差分别为0.5%、2.18%、6.76%。本文研究为预报船舶自航性能提供了一种新的研究手段。     

带前置导叶桨潜艇自航试验的数值模拟与自航因子预报

本文根据RANS代码,采用移动网格滑移交接面技术对假想的带前置导叶潜艇的自航试验、螺旋桨敞水试验进行模拟,并依据试验结果验证之,发现该方法能够较好地预报螺旋桨推力、扭矩.而后,与潜艇阻力试验相结合,预报潜艇自航因子,通过与试验结果的比较分析,验证了方法的可靠性.     

波浪中螺旋桨推力变化的近似计算

螺旋桨在波浪中随船运动是前进、旋转和振荡三者的结合。本文近似计算波浪中桨流体动力性能相对于静水中性能的变化,将波浪中螺旋桨运动分解为旋转兴波和振荡兴波两部分线性迭加。利用Ｇｒｅｅｎ函数法,求解其兴波问题,给出桨推力的变化值。编制程序进行了系列数值计算。结果表明,波浪中螺旋桨推力系数变化值随桨轴浸深、桨升沉振荡频率和幅值而变化。     

基于推力数值计算的喷水推进船快速性预报与验证

为实现对喷水推进船航速的快速、精准预报,基于ANSYS-CFX软件平台建立喷水推进器推力的计算流体力学(CFD)模型,采用分块六面体结构化网格离散计算域,采用稳态多参考系法求解雷诺时均的Navier-Stokes方程和SST湍流模型,对喷水推进器内的流场进行数值模拟.采用壁面积分法获取喷水推进器的等转速推力曲线,将其与船阻力曲线相叠加,通过求曲线的交点预报航速.选取可提供推进特性图谱的船A、带双级轴流式喷水推进器的船B和带混流式喷水推进器的船C为例,验证该方法的准确性.结果表明:船A配置的喷水推进器的推力计算值和航速预报值与厂商提供的数值吻合良好,船B和船C的航速预报结果均与实船试航值比较接近,最大偏差小于0.5 kn.结果验证了计算模型的可信性和适用性,进一步表明该方法可较好地指导喷水推进器厂商根据船舶所有人的需求便捷地选出合适型号的喷水推进器.     

Self-propulsion computations using a speed controller and a discretized propeller with dynamic overset grids

A method that can be used to perform self-propulsion computations of surface ships is presented. The propeller is gridded as an overset object with a rotational velocity that is imposed by a speed controller, which finds the self-propulsion point when the ship reaches the target Froude number in a single transient computation. Dynamic overset grids are used to allow different dynamic groups to move independently, including the hull and appendages, the propeller, and the background (where the far-field boundary conditions are imposed). Predicted integral quantities include propeller rotational speed, propeller forces, and ship’s attitude, along with the complete flow field. The fluid flow is solved by employing a single-phase level set approach to model the free surface, along with a blended k−ω/k−ɛ based DES model for turbulence. Three ship hulls are evaluated: the single-propeller KVLCC1 tanker appended with a rudder, the twin propeller fully appended surface combatant model DTMB 5613, and the KCS container ship without a rudder, and the results are compared with experimental data obtained at the model scale. In the case of KCS, a more complete comparison with propulsion data is performed. It is shown that direct computation of self-propelled ships is feasible, and though very resource intensive, it provides a tool for obtaining vast flow detail.     

Circular motion tests and uncertainty analysis for ship maneuverability

Circular motion test data and uncertainty analysis results of investigations of the hydrodynamic characteristics of ship maneuvering are presented. The model ships used were a container ship and two tankers, and the measured items were the surge and sway forces, yaw moment, propeller thrust, rudder normal and tangential forces, pitch and roll angles, and heave. The test parameters were the oblique angle and yaw rate for the conditions of a hull with a rudder and propeller in which the rudder angle was set to zero and the propeller speed was set to the model self-propulsion conditions. Carriage data showing the accuracy of the towing conditions in the circular motion test are also presented. It was confirmed that the uncertainties in the hydrodynamic forces such as the surge and sway forces, yaw moment, rudder tangential and normal forces, and propeller thrust were fairly small. The reported uncertainty analysis results of the circular motion test data may be beneficial in validating data quality and in discussing reliability for simulation of ship maneuvering performance.     

应用RANS(雷诺平均的纳维尔一斯托克斯方程)和动量理论进行螺旋桨诱导速度的计算研究(英文)

In order to provide instructions for the calculation of the propeller induced velocity in the study of the hull-propeller interaction using the body force approach,three methods were used to calculate the propeller induced velocity:1) Reynolds-Averaged Navier-Stokes(RANS) simulation of the self-propulsion test,2) RANS simulation of the propeller open water test,and 3) momentum theory of the propeller.The results from the first two methods were validated against experimental data to assess the accuracy of the computed flow field.The thrust identity method was adopted to obtain the advance velocity,which was then used to derive the propeller induced velocity from the total velocity field.The results computed by the first two approaches were close,while those from the momentum theory were significantly overestimated.The presented results could prove to be useful for further calculations of self-propulsion using the body force approach.     

转速对油膜刚度与螺旋桨轴振动影响研究

通过数值方法研究轴的转速、油膜刚度对螺旋桨轴振动的影响关系,由计算结果得到如下结论:随着螺旋桨轴的转速增加,轴承的油膜动态刚度降低,螺旋桨轴的振动频率降低,且在低速区这种影响关系更为明显。