基于RANS法螺旋桨毂帽鳍水动力性能数值研究

分析研究螺旋桨毂帽鳍水动力性能,应用RANS法处理数值粘性流场,数值过程采用FORTRAN语言处理螺旋桨毂帽鳍型值点数据格式以导入GAMBIT前处理软件进行建模。对DTMB4119桨数值计算验证和加鳍后其安装角对桨效率变化的影响,研究其尾流、压力分布等状况,结果表明,合理的安装角明显提高其推进效率,毂帽鳍对流经螺旋桨的流体有一定的阻滞作用,且具有降低尾流速度以减小毂涡形成和增加推力,同时产生转向相同转矩以提高推进性能,具有工程实用性。     

基于RANS法毂帽鳍节能性能参数匹配研究

数值剖析毂帽鳍节能装置作用机理,研究参数性能匹配问题,应用雷诺时均法处理数值粘性绕流场,建模阶段采用FORTRAN语言编制螺旋桨毂帽鳍型值点数据处理程序以便GAMBIT前处理软件进行接口,对标准B4-40螺旋桨进行数值验证和分析比较某特种螺旋桨不同叶数参数性能数值计算结果,进而研究毂帽鳍参数匹配问题,研究不同鳍叶直径和不同安装角对桨效率变化的影响,分析压力场和尾流场的变化状况,结果表明：大小合适的鳍叶直径和合理的安装角明显提高其推进效率,具有工程实用性。     

基于大涡模拟的螺旋桨毂帽鳍系统精细流场数值研究

对引起螺旋桨毂帽鳍系统推进性能变化的细节及流动本质问题的研究，有助于对毂帽鳍的节能机理产生新的认识，并为改进该系统的推进性能提供新的思路。通过模型试验和大涡模拟方法对螺旋桨毂帽鳍系统进行了力的测量及精细流场的分析，从能量的角度，分析了毂帽鳍节能机理。数值模拟显示，在毂帽鳍的作用下，在紧邻桨毂后方区域的流速比无毂帽鳍时小且低速区域更广，桨毂后方流体轴向和横向动能均有所减小。由此可知，毂帽鳍通过回收一部分螺旋桨释放在尾流中的动能实现节能；在桨毂后安装一种圆锥形导流帽可避免流动分离，能进一步提高推进系统的整体效率。     

螺旋桨毂帽鳍水动力性能数值分析

为了预报毂帽鳍的水动力性能,采用计箅流体力学软件对粘性流场中毂帽鳍的敞水性能进行计算研究.模拟某型毂帽鳍在不同进速系数下的推力系数、转矩系数、螺旋桨桨叶表面压力分布和桨毂表面速度矢量分布情况等.通过加鳍螺旋桨与母型桨相关计箅结果的对比,得到:在低进速系数情况下,螺旋桨加鳍后使得推力系数上升、转矩系数下降,导致其效率有所增加;同时由于鳍的存在,改变了桨毂处水流的速度分布,使得原先围绕桨毂随螺旋桨方向旋转的水流沿着鳍向桨后运动而不在桨毂处汇集,从而减弱了桨毂涡流.     

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。     

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。     

螺旋桨毂帽鳍节能装置的数值评估与试验研究

对螺旋桨毂帽鳍装置的节能效果采用粘流CFD数值模拟与模型试验的方法进行了评估.利用CFD数值工具对毂帽鳍的节能机理、螺旋桨与毂帽鳍的相互作用,以及雷诺数对节能效果评估的影响进行了详细研究.研究表明,在将桨毂、毂帽鳍和桨叶看作一个系统来考虑时,才能定量评估出节能效果.毂帽鳍对整个系统总推力影响很小,对总扭矩显著减小,从而效率增加.实型尺度雷诺数下毂帽鳍计算得到的节能效果更高,这间接证实了毂帽鳍实船节能效果可能比模型试验节能效果更显著.     

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。     

37500m~3 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。针对江南造船(集团)有限责任公司承建的37500m3 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。     

伴流分布对螺旋桨毂帽鳍节能效果的影响

基于CFD模拟与分析,考察船尾伴流分布对螺旋桨毂帽鳍节能效果的影响,并对敞水条件下设计的毂帽鳍进行适伴流优化。采用Star CCM~+软件,分别在均匀来流以及KCS船尾伴流中进行螺旋桨毂帽鳍水动力性能的RANS模拟,比较毂帽鳍在不同来流场中的节能效果,并对节能机理进行了分析。针对KCS船实尺度伴流场,通过鳍片螺距角的改变,优化节能效果。计算结果表明:毂帽鳍在非均匀伴流中的节能效果显著高于在敞水中,敞水中的毂帽鳍的最优设计方案不一定适用于非均匀伴流,适当改变毂帽鳍的几何参数可进一步提高其在船尾伴流中的节能效果。     

CFD simulation of propeller and rudder performance when using additional thrust fins

To analyse a possible way to improve the propulsion performance of ships,the unstructured grid and the Reynolds Average Navier-Stokes equations were used to calculate the performance of a propeller and rudder fitted with additional thrust fins in the viscous flow field.The computational fluid dynamics software FLUENT was used to simulate the thrust and torque coefficient as a function of the advance coefficient of propeller and the thrust efficiency of additional thrust fins. The pressure and velocity flow behind the propeller was calculated. The geometrical nodes of the propeller were constituted by FORTRAN program and the NUMBS method was used to create a configuration of the propeller,which was then used by GAMMBIT to generate the calculation model. The thrust efficiency of fins was calculated as a function of the number of additional fins and the attack angles. The results of the calculations agree fairly well with experimental data,which shows that the viscous flow solution we present is useful in simulating the performance of propellers and rudders with additional fins.     

毂帽鳍对调距桨推进效率影响的数值研究(英文)

Numerical simulation is investigated to disclose how propeller boss cap fins (PBCF) operate utilizing Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) method. In addition, exploration of the influencing mechanism of PBCF on the open water efficiency of one controllable-pitch propeller is analyzed through the open water characteristic curves, blade surface pressure distribution and hub streamline distribution. On this basis, the influence of parameters including airfoil profile, diameter, axial position of installation and circumferential installation angle on the open water efficiency of the controllable-pitch propeller is investigated. Numerical results show: for the controllable-pitch propeller, the thrust generated is at the optimum when the radius of boss cap fins is 1.5 times of propeller hub with an optimal installation position in the axial direction, and its optimal circumferential installation position is the midpoint of the extension line of the front and back ends of two adjacent propeller roots in the front of fin root. Under these optimal parameters, the gain of open water efficiency of the controllable-pitch propeller with different advance velocity coefficients is greater than 0.01, which accounts for approximately an increase of 1%-5% of open water efficiency.     

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。     

带前置预旋导轮的螺旋桨空泡脉动压力数值模拟研究

本文基于非定常粘性RANS方法结合Schnerr-Sauer空泡模型,建立了船后螺旋桨空泡脉动压力数值预报方法,并开展了数值方法的不确定度分析;然后采用ITTC'78自航预报规程结合CFD方法预报了带前置预旋导轮的节能效果,开展了安装节能导轮后的螺旋桨空泡脉动压力预报研究;对比分析了有无节能装置时的螺旋桨叶表面空泡形态及1阶和2阶船体脉动压力.研究表明,在本实例中安装节能装置后的1阶和2阶脉动压力分别下降了33％和20％,而桨叶表面空泡面积也有所下降.     

Model and full scale CFD analysis of propeller boss cap fins (PBCF)

Computational fluid dynamics (CFD) analyses of propeller boss cap fins (PBCF) were carried out for two different propellers at model and full scale Reynolds numbers with two different inflow conditions. Computations corresponding to the reverse propeller open test (POT) experiment were confirmed to be in a good agreement with the measurement. The results of computations at different conditions have shown that increased Reynolds number and presence of hull wake both positively influence the effects of PBCF. Due to the combined effect of the Reynolds number and the wake, the gain in the propeller efficiency at the full scale condition was found to be significantly larger than that at the model test condition. The detailed investigation of the results suggested that the fin drag becomes smaller and the reduction of the boss drag becomes larger at the full scale condition. However, the predicted gain is still smaller than the values reported in the sea trial and logbook analysis. The remaining gap may be attributed to the difference in the estimated and actual wake distribution or to other factors such as interactions with hull and rudder, surface roughness, unsteadiness and hub vortex cavitation.     

舵球鳍参数对扭曲舵水动力性能的影响研究

文章对桨后普通舵和扭曲舵的水动力性能进行了试验研究,并采用计算流体力学方法对桨舵系统的水动力性能进行计算,得到了不同进速系数下的推力系数、扭矩系数以及敞水效率,并绘制了敞水性能曲线。通过桨舵模型试验值与计算值的对比,验证了计算方法的可靠性。为了进一步提高扭曲舵的节能效果,在扭曲舵前安装了舵球,优化舵球的半径后在舵球两端安装推力鳍,通过优选推力鳍的各个参数（安装位置、展弦比和安装角）,使桨舵系统的敞水效率逐步提高。确定了舵球鳍的最优参数后,桨—扭曲舵系统的效率进一步提高1.2%。最后通过观察舵表面压力分布、舵附近轴向速度和迹线分布,分析了舵球鳍对桨舵干扰的影响。     

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。